10 Sep. Zehnmal längere Quantenspeicherung
Forschende der Humboldt-Universität zu Berlin (HU Berlin) haben eine neue Methode entwickelt, um Atome an einer ultradünnen Glasfaser einzufangen und zu kontrollieren. Dabei blieben die Atome im Experiment doppelt so lange in der Falle wie bei bisherigen Ansätzen, während sich Quanteninformationen zehnmal so lange speichern ließen. Die Methode könnte nach Angaben der Forschenden künftig unter anderem für Quantenspeicher und photonische Komponenten von Quantennetzwerken interessant sein.
Für solche Anwendungen werden Atome unter anderem in der Nähe lichtleitender Nanostrukturen eingefangen. Die Kopplung an Licht ermöglicht es, Informationen zwischen den Quantenteilchen zu übertragen. Bislang sind in solchen nanophotonischen Systemen mehrere Laserfelder erforderlich, um die Atome an der gewünschten Position zu halten. Die Arbeitsgruppe ‚Grundlagen der Optik und Photonik‘ der HU Berlin kombiniert stattdessen ein Laserfeld mit elektrostatischen Kräften, die an der Oberfläche einer ultradünnen Glasfaser auftreten. Die Oberflächenkräfte ziehen die zuvor mit Laserlicht gekühlten Atome zur Faser, während ein zusätzliches Laserfeld sie von der Oberfläche wegdrückt. Dadurch entsteht ein stabiler Einfangbereich.
Weniger Licht, längere Speicherzeit
Die Atome befinden sich in der Falle überwiegend in Bereichen mit geringer Lichtintensität. Dadurch werden laut den Forschenden Störungen reduziert, die empfindliche Quantenzustände beeinträchtigen können. Im Experiment blieben die Atome dadurch länger gefangen und behielten ihre Quanteneigenschaften länger als bei bisherigen nanophotonischen Fallen.
„Die Arbeit eröffnet neue Möglichkeiten, die Wechselwirkungen von Atomen mit Oberflächen auf extrem kleinen Skalen zu untersuchen, und führt Oberflächenkräfte als leistungsstarkes neues Werkzeug zur Kontrolle von Quantenteilchen ein“, sagt Dr. Riccardo Pennetta, Erstautor der Studie. Die Technik könnte seiner Einschätzung nach unter anderem dazu beitragen, künftige Quantenspeicher und Quantenkommunikationsnetzwerke zu verbessern. Die Forschenden sehen zudem Potenzial, optische Quantenbauelemente durch den Ansatz einfacher und robuster aufzubauen.
Originalveröffentlichtung:
[R. Pennetta et al.: Hybrid Nanophotonic Trap for Cold Atoms Using Surface Forces and a Blue-Detuned Evanescent Field; Nature Photonics, 2026, DOI 10.1038/s41566-026-01961-9]
Quelle: www.hu-berlin.de
Bild: Arbeitsgruppe ‚Grundlagen der Optik und Photonik‘ / HU Berlin
Bildunterschrift: Die gleichen Kräfte, die die HU-Forscher vom Institut für Physik in dem quantenphysikalischen Experiment nutzen, um Atome festzuhalten, wirken, wenn Styroporflocken zu einem Plastikstab hingezogen werden, der durch Reibung elektrostatisch aufgeladen wurde