Quantencomputer laufen mit ultrakalten Molekülen

Molekül: Ultrakalte Moleküle sind anders (Foto: pixelio.de/Carsten Jünger)

West Lafayette (pte001/14.03.2014/06:00) – Forscher der Purdue
University http://purdue.edu haben eine neue Art der ultrakalten Moleküle
kreiert, die in Quantencomputern eingesetzt werden könnte. Das Expertenteam hat
dabei zur Kühlung der Atome Laserstrahlen verwendet. "Es klingt paradox, aber
man kann Laser dazu verwenden, kinetische Energie zu entziehen, was zu radikaler
Abkühlung führt", erklärt Wissenschaftler Yong P. Chen.

Die Temperatur der Lithium- und Rubidium-Atome, die im Experiment
verwendet wurden, wurde dabei fast auf den absoluten Nullpunkt heruntergekühlt.
Dieser liegt bei null Kelvin, was minus 273 Grad Celsius entspricht. Bei dieser
Temperatur kommen die Atome beinahe zum Stillstand, was neue Arten von
chemischen Interaktionen hervorbringt, die vorwiegend quantenmechanischer Natur
sind.

Besondere
Eigenschaften

Der Kühlungsprozess wird in einer magneto-optischen Falle
durchgeführt, ein System, das mit Vakuumkammer, Magnetspulen und einer Reihe von
Lasern arbeitet, um die Atome einzufangen und zu kühlen. "In ultrakalter Chemie
bewegen sich die Moleküle wirklich langsam, dadurch haben sie lange Zeit, um
miteinander zu interagieren", erklärt Forscher Daniel S. Elliott.

Das Team um Chen und Elliott ist das erste seiner Art, das die
Alkalimetalle Lithium und Rubidium verwendet hat – bisher wurden stets andere
Alkalimetalle benutzt. Mit der Methode der Photoassoziation wurden die Atome zu
einem Molekül fusioniert. Durch die unterschiedliche Beschaffenheit der beiden
Atome kommt es zu einem Unterschied in der elektrischen Spannung innerhalb des
Moleküls – es handelt sich dabei um ein polares Molekül, das einen Dipolmoment
besitzt. Das Dipolmoment erlaubt die Interaktion zwischen Molekülen – je größer
dieses ist, desto höher ist die Interaktion.

Effiziente
Herstellung möglich

Aufgrund seines großen Dipolmoments ist das
Lithium-Rubidium-Molekül potenziell für Quantencomputer geeignet. "Bei
Quantencomputern ist es so, dass je größer das Dipolmoment ist, desto stärker
ist die Interaktion zwischen den Molekülen – und diese Interaktion braucht man",
so Elliott. Anders als bei herkömmlichen Computern existieren nicht nur die
Spannungszustände null und eins, sondern es kommt zur Überlagerung der Zustände
und schließlich zur Quantenverschränkung. Das wiederum ist nur durch die
Interaktion der Moleküle möglich.

Ein weiterer Vorteil: "Die Produktionsrate für
Lithium-Rubidium-Moleküle ist viel größer als für andere
Bi-Alkalimetall-Moleküle", berichtet Chen. "Das war eine erfreuliche
Überraschung. Es war bereits bekannt, dass sie das größte Dipolmoment unter den
Bi-Alkalimetall-Molekülen haben, aber niemand hat erwartet, dass es so effizient
hergestellt werden könnte."