Ein optischer Labortisch für Experimente mit ultrakalten Rubidiumatomen und einem Bose-Einstein-Kondensat. Das Foto zeigt nicht den konkreten Versuchsaufbau der neuen Studie, vermittelt aber die technische Komplexität moderner Atomoptik. Bild: Steve Jurvetson / Wikimedia Commons, CC BY 2.0.
Forschende des DLR-Instituts für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik und der Leibniz Universität Hannover haben einen grundlegenden Quanteneffekt in einer bislang nicht erreichten Form mit neutralen Atomen sichtbar gemacht. In einem Bose-Einstein-Kondensat ließen sie bis zu zwölf ununterscheidbare Rubidiumatome an einem künstlichen atomaren Strahlteiler interferieren. Dabei beobachteten sie das charakteristische Vielteilchenmuster der Hong–Ou–Mandel-Interferenz, echte Mehrteilchenverschränkung und eine Messempfindlichkeit, die mit der Teilchenzahl nahezu nach dem Heisenberg-Grenzfall skaliert. Die Ergebnisse erschienen am 1. Juni 2026 im Fachjournal Nature Physics.
Ein Quanteneffekt verlässt die Welt der Photonen
Die Quantenmechanik kennt Interferenz nicht nur bei Lichtwellen. Auch Materieteilchen besitzen Welleneigenschaften. Werden Atome stark abgekühlt und präzise kontrolliert, können ihre Materiewellen überlagert werden. Das Resultat sind Interferenzmuster, die sich mit klassischen Teilchenbahnen nicht erklären lassen.
Ein besonders berühmtes Beispiel ist die Hong–Ou–Mandel-Interferenz, kurz HOM-Interferenz. Sie wurde ursprünglich mit zwei Photonen demonstriert. Treffen zwei vollkommen gleiche Lichtteilchen gleichzeitig von entgegengesetzten Seiten auf einen symmetrischen Strahlteiler, verhalten sie sich nicht wie zwei unabhängige klassische Kugeln. Statt zufällig auf beide Ausgänge verteilt zu werden, verlassen beide Photonen den Strahlteiler gemeinsam durch denselben Ausgang.
Welche Ausgangsseite gewählt wird, lässt sich nicht vorhersagen. Vorhersagbar ist jedoch, dass bei idealer Ununterscheidbarkeit keine Ereignisse auftreten, bei denen an jedem Ausgang genau ein Photon gemessen wird. Die entsprechenden quantenmechanischen Möglichkeiten löschen sich durch destruktive Interferenz gegenseitig aus.
Dieses Verhalten wird häufig als „Bunching“ bezeichnet: Bosonen, also Teilchen mit ganzzahligem Spin, sammeln sich bevorzugt im gleichen Quantenzustand. Zu den Bosonen können sowohl Photonen als auch bestimmte Atome gehören. Entscheidend ist, dass die beteiligten Teilchen nicht unterscheidbar sind. Sie dürfen sich weder durch ihren inneren Zustand noch durch ihren räumlichen oder zeitlichen Verlauf verraten.
Was ist ein Quanten-Strahlteiler für Atome?
Bei Licht ist ein Strahlteiler meist eine teildurchlässige optische Platte. Ein einfallender Lichtstrahl wird dort in zwei Wege aufgeteilt. Für Atome funktioniert eine Glasplatte natürlich nicht in derselben Weise. Die Forschenden verwenden deshalb zwei kontrollierbare innere Atomzustände als die beiden „Wege“ des Interferometers.
Im Experiment wurden Rubidiumatome in einem Bose-Einstein-Kondensat präpariert. Ein solches Kondensat entsteht bei Temperaturen extrem nahe am absoluten Nullpunkt. Viele Atome besetzen dann denselben quantenmechanischen Grundzustand und verhalten sich in wichtigen Aspekten wie eine gemeinsame Materiewelle.
Die zwei Eingänge und Ausgänge des atomaren Strahlteilers wurden durch zwei magnetische Unterzustände der Atome dargestellt. Resonante Mikrowellenpulse koppelten diese Zustände miteinander. Eine sogenannte 50:50-Rabi-Kopplung übernahm mathematisch dieselbe Funktion wie ein symmetrischer optischer Strahlteiler: Die beiden atomaren Modi wurden kohärent gemischt.
Von zwei Teilchen zu einem Vielteilchenmuster
Bei zwei Teilchen ist das Grundprinzip noch relativ übersichtlich. Schwieriger wird es, wenn vier, sechs, acht, zehn oder zwölf identische Teilchen gleichzeitig interferieren. Dann existieren viele mögliche Verteilungen auf die beiden Ausgänge. Die zugehörigen Wahrscheinlichkeitsamplituden können sich verstärken oder gegenseitig auslöschen.
Für den Vielteilchen-HOM-Effekt beginnt das Experiment mit einem sogenannten Twin-Fock-Zustand. Dabei befinden sich in den beiden Eingangsmodi exakt gleich viele Atome. Bei insgesamt sechs Teilchen wären es beispielsweise drei Atome im ersten und drei im zweiten Modus.
Nach dem idealen 50:50-Strahlteiler sind nicht sämtliche denkbaren Ergebnisse erlaubt. Ausgangsverteilungen mit einer ungeraden Zahl von Atomen in einem Modus werden unterdrückt. Stattdessen entsteht eine breite Verteilung mit geraden Besetzungszahlen. Auch extreme Ereignisse, bei denen alle Atome am selben Ausgang erscheinen, besitzen eine vergleichsweise große Wahrscheinlichkeit. Diese Kombination aus gerader Parität und einer charakteristischen Bunching-Hülle ist das Kennzeichen der Vielteilchen-HOM-Interferenz.
Genau dieses Muster konnten die Forschenden nun direkt zählen. Es handelt sich daher nicht lediglich um einen indirekten Hinweis auf Quantenkorrelationen, sondern um die aufgelöste Statistik einzelner Atome.
Warum die atomare Umsetzung so schwierig war
Mehrteilchen-HOM-Interferenz wurde zuvor vor allem mit Photonen untersucht. Optische Systeme verfügen über sehr gut entwickelte Strahlteiler, Quellen und Detektoren. Trotzdem leiden sie bei steigender Photonenzahl unter Verlusten. Schon ein verlorenes Photon kann die rekonstruierte Statistik erheblich verändern. Hinzu kommen unerwünschte zusätzliche Photonenpaare und kleine Unterschiede zwischen den einzelnen Lichtteilchen.
Neutrale Atome bieten hier einen wichtigen Vorteil: In einer kontrollierten Atomfalle können sie mit sehr geringen Verlusten präpariert und manipuliert werden. Dafür ist ihre Detektion wesentlich anspruchsvoller. Eine gewöhnliche Absorptions- oder Fluoreszenzaufnahme besitzt häufig ein Rauschen von mehreren Atomen. Bei einem Experiment, in dem gerade und ungerade Teilchenzahlen unterschieden werden müssen, wäre eine solche Unsicherheit zu groß.
Der entscheidende technische Fortschritt der neuen Arbeit ist daher die Einzelatomauflösung. Das Team reduzierte das Zählrauschen auf ungefähr 0,2 Atome. Dadurch konnten benachbarte Signale für null, ein, zwei oder mehr Atome klar voneinander getrennt werden.
In einer umfangreichen Messreihe mit 26.712 Wiederholungen erschienen in den Kameradaten deutlich getrennte Signalspitzen für die einzelnen Atomzahlen. Diese Kalibrierung schuf die Voraussetzung dafür, das Vielteilchenmuster ohne eine bloße Modellannahme direkt aus den Messdaten zu bestimmen.
So lief das Experiment ab
Ausgangspunkt war ein Bose-Einstein-Kondensat aus ungefähr 250 Rubidiumatomen in einer optischen Dipolfalle. Der überwiegende Teil der Atome wurde zunächst in einem magnetischen Zustand mit der Quantenzahl mF = 0 vorbereitet.
Anschließend wurden sogenannte spinverändernde Kollisionen ausgelöst. Dabei entstehen Atome paarweise in den Zuständen mF = +1 und mF = −1. Weil die Atome immer als korrelierte Paare erzeugt werden, enthalten die beiden Modi idealerweise dieselbe Teilchenzahl. So entsteht eine Überlagerung verschiedener Twin-Fock-Zustände.
Für die eigentliche Interferenz wurden die beiden Zustände durch eine kontrollierte Mikrowellensequenz kohärent gekoppelt. Diese 50:50-Kopplung entspricht dem atomaren Strahlteiler.
Danach mussten die Forschenden bestimmen, wie viele Atome sich in jedem Ausgang befanden. Ein starkes Magnetfeldgefälle trennte die unterschiedlichen magnetischen Zustände während des freien Falls räumlich voneinander. Nahezu resonantes Laserlicht regte die Atome zur Fluoreszenz an. Eine CCD-Kamera registrierte die Lichtsignale, aus denen die Atomzahlen bestimmt wurden.
Das sichtbare Schachbrett der Quanteninterferenz
Vor dem atomaren Strahlteiler lagen die Messergebnisse vor allem entlang einer Diagonalen: In beiden Modi befanden sich nahezu gleich viele Atome. Das entspricht dem erwarteten Twin-Fock-Eingangszustand.
Nach der 50:50-Kopplung änderte sich die Statistik grundlegend. Die Häufigkeiten bildeten ein schachbrettartiges Muster. Kombinationen mit ungerader Besetzung wurden weitgehend unterdrückt, während gerade Atomzahlen deutlich hervortraten. Dieses Paritätsmuster ist eine zentrale Signatur des Vielteilchen-HOM-Effekts.
Die Forschenden beobachteten diese Signatur bis zu einer Gesamtzahl von zwölf Atomen. Für bis zu zehn Atome erreichten die rekonstruierten Zustände nach der Kopplung eine Übereinstimmung von mehr als 0,87 mit dem idealen Muster; bei zwölf Atomen lag sie noch bei etwa 0,79. Trotz unvermeidbarer technischer Störungen blieb die typische Unterdrückung ungerader Ausgangszahlen klar erkennbar.
Die Messung zeigte außerdem eine generalisierte Quetschung von durchschnittlich bis zu −15,4 Dezibel. „Quetschung“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die quantenmechanische Unsicherheit einer für die Messung wichtigen Größe unter die Grenze eines vergleichbaren unverschränkten Zustands gedrückt wird. Die Unsicherheit verschwindet dabei nicht, sondern wird zwischen verschiedenen Messgrößen umverteilt.
Mehrteilchenverschränkung statt bloßer Korrelation
Ein auffälliges Verteilungsmuster allein genügt noch nicht, um jede Form von Verschränkung zu belegen. Deshalb untersuchte das Team, wie viele Atome innerhalb des erzeugten Zustands tatsächlich nicht voneinander separierbar waren.
Die Analyse ergab eine nahezu optimale Verschränkungstiefe. Damit ist gemeint, dass sich große Teile des Ensembles nicht als unabhängige Gruppen einzelner Atome beschreiben lassen. Ihre Messergebnisse sind durch einen gemeinsamen quantenmechanischen Zustand verbunden.
Diese Eigenschaft ist entscheidend für Quantenmetrologie. Unabhängige Teilchen liefern bei wiederholten Messungen eine Genauigkeit, die durch die sogenannte Standardquantengrenze beschränkt wird. Vereinfacht verbessert sich die Unsicherheit dort proportional zu 1/√N, wobei N die Zahl der eingesetzten Teilchen ist.
Optimal verschränkte Zustände können sich dagegen dem Heisenberg-Grenzfall nähern. Dort verbessert sich die theoretische Unsicherheit proportional zu 1/N. Mit steigender Teilchenzahl wächst der mögliche Vorteil gegenüber einer klassischen Strategie daher deutlich.
Nahezu Heisenberg-Skalierung mit bis zu zwölf Atomen
Um die metrologische Leistungsfähigkeit zu bewerten, bestimmten die Forschenden die Fisher-Information der erzeugten Zustände. Diese mathematische Größe beschreibt, wie stark sich eine gemessene Wahrscheinlichkeitsverteilung verändert, wenn sich der zu bestimmende Parameter – beispielsweise eine Phase – geringfügig ändert. Eine größere Fisher-Information bedeutet grundsätzlich, dass mehr präzise Information über diesen Parameter gewonnen werden kann.
Für unverschränkte Teilchen wächst die Fisher-Information im Wesentlichen linear mit N. Im idealen Twin-Fock-Fall besitzt sie dagegen einen dominanten quadratischen Anteil. Das Experiment ergab einen Skalierungsexponenten von 1,95 ± 0,09. Dieser Wert ist mit der theoretischen Heisenberg-Skalierung von 2 vereinbar.
Bei zwölf Atomen lag die gemessene Fisher-Information um 6,4 ± 0,8 Dezibel oberhalb der klassischen Grenze. Entscheidend ist dabei nicht nur ein einzelner besonders günstiger Messpunkt. Die Empfindlichkeit wuchs über die untersuchten Teilchenzahlen hinweg mit nahezu derselben Skalierung, die für ideale Twin-Fock-Zustände erwartet wird.
| Merkmal | Ergebnis der Studie |
|---|---|
| Teilchensystem | Neutrale Rubidiumatome in einem spinorartigen Bose-Einstein-Kondensat |
| Größte direkt untersuchte HOM-Zahl | Bis zu zwölf ununterscheidbare Atome |
| Zählauflösung | Etwa 0,2 Atome Messrauschen |
| Charakteristische Signaturen | Gerade Parität, Bunching-Hülle, schachbrettartige Ausgangsstatistik |
| Quetschung | Durchschnittlich bis zu −15,4 ± 1,0 dB |
| Metrologischer Vorteil bei zwölf Atomen | 6,4 ± 0,8 dB oberhalb der klassischen Grenze |
| Skalierungsexponent | 1,95 ± 0,09 und damit vereinbar mit der idealen quadratischen Skalierung |
Warum die Arbeit tatsächlich eine Premiere ist
Die Formulierung „erstmals beobachteter Quanteneffekt“ kann leicht missverstanden werden. Die Forschenden haben weder eine neue Naturkraft noch einen Widerspruch zur bisherigen Quantenmechanik entdeckt. Der Hong–Ou–Mandel-Effekt ist seit den 1980er-Jahren bekannt und gehört zu den Standardphänomenen der Quantenoptik.
Die Premiere liegt in der Kombination mehrerer Leistungen: Zum ersten Mal wurde die direkte Erweiterung des Effekts von zwei auf mehr als zehn neutrale Atome in einem zweimodigen System realisiert, nahezu ohne Teilchenverlust und mit aufgelöster Zählung jedes einzelnen Atoms. Gleichzeitig konnten die typischen Vielteilchensignaturen, die Verschränkung und der metrologische Skalierungsvorteil aus denselben Daten nachgewiesen werden.
Diese Kombination macht die Arbeit fachlich bedeutend. Sie zeigt, dass ein grundlegendes quantenoptisches Prinzip nicht auf kleine Photonenzahlen beschränkt ist, sondern in kontrollierten atomaren Vielteilchensystemen mit hoher Qualität umgesetzt werden kann.
Warum das Ergebnis für das DLR wichtig ist
Das DLR-Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik erforscht Quantensensoren, Materiewelleninterferometrie und neue Verfahren für hochpräzise Messungen von Beschleunigungen, Rotationen und Gravitationsfeldern. Solche Sensoren könnten langfristig in der Navigation, der Erdbeobachtung und der satellitengestützten Gravimetrie eingesetzt werden.
Atominterferometer verwenden die Wellennatur von Atomen als äußerst empfindliche Messsonde. Eine Beschleunigung, Rotation oder Änderung des Gravitationsfelds verschiebt die relative Phase der Materiewellen. Aus dieser Phasenverschiebung kann die gesuchte physikalische Größe berechnet werden.
Der neue Versuch ist noch kein einsatzfertiger Satellitensensor. Er demonstriert jedoch einen wichtigen Baustein: verschränkte atomare Zustände, deren Empfindlichkeit günstiger mit der Teilchenzahl skaliert als die klassischer, unverschränkter Quellen. Gelingt es, solche Zustände mit deutlich größeren Atomzahlen und hoher Stabilität zu erzeugen, könnten künftige Atominterferometer bei gleicher Teilchenzahl präzisere Messungen liefern.
Das DLR nennt als mögliche Anwendungsfelder seiner Quantensensorik unter anderem terrestrische und satellitengestützte Gravimetrie, Gradiometrie, Navigation und Exploration. Präzisere Messungen des Erdschwerefelds könnten beispielsweise dabei helfen, Massenverlagerungen durch Grundwasser, Eisschmelze oder Ozeanbewegungen genauer zu verfolgen.
Von zwölf zu tausend Atomen?
Zwölf Atome erscheinen im Vergleich zu makroskopischen Sensoren zunächst wenig. Für die vorliegende Grundlagenmessung ist jedoch nicht die absolute Zahl allein entscheidend. Wichtiger ist, dass jedes Teilchen zuverlässig gezählt und die vollständige Ausgangsstatistik rekonstruiert werden konnte.
Die Autoren sehen grundsätzlich eine Skalierung zu größeren Ensembles. Nach ihrer Einschätzung könnte die Detektion so weiterentwickelt werden, dass bis zu etwa tausend Atome mit Einzelatomauflösung erfasst werden. Auch die Zustandserzeugung könnte durch eine geringere Dichte und die Verringerung von Dreikörperverlusten verbessert werden.
Mit zunehmender Atomzahl steigen allerdings die experimentellen Anforderungen. Magnetfelder, Mikrowellenpulse, Fallenparameter und Detektion müssen noch genauer kontrolliert werden. Zusätzlich wächst die Zahl möglicher Ausgangsverteilungen stark an. Selbst kleine technische Fehler können dann Teile des empfindlichen Interferenzmusters verwischen.
Der Weg vom Laborexperiment zu einem kompakten und robusten Quantensensor für Flugzeuge, Fahrzeuge oder Satelliten bleibt daher lang. Die Studie liefert aber einen experimentellen Nachweis, dass die gewünschte quantenmechanische Skalierung in einem neutralen Atomsystem erreichbar ist.
Mögliche Anwendungen über die Präzisionsmessung hinaus
Hochpräzise Atominterferometrie
Verschränkte Twin-Fock-Zustände könnten die Empfindlichkeit von Atominterferometern erhöhen. Denkbare Messgrößen sind Beschleunigung, Rotation, Schwerkraft und Gravitationsgradienten. Besonders interessant sind Anwendungen, bei denen langfristige Stabilität und eine geringe Drift erforderlich sind.
Quantennavigation
Klassische inertiale Navigationssysteme bestimmen Bewegungen mithilfe von Beschleunigungs- und Drehratensensoren. Kleine Messfehler summieren sich mit der Zeit. Atominterferometrische Sensoren könnten langfristig als besonders stabile Referenzen dienen und die Abhängigkeit von Satellitennavigation verringern. Bis zu einem alltagstauglichen System sind jedoch weitere Fortschritte bei Größe, Robustheit und Messrate notwendig.
Tests fundamentaler Physik
Größere Ensembles ununterscheidbarer Atome könnten für Mehrteilchen-Bell-Tests eingesetzt werden. Solche Experimente prüfen, ob beobachtete Korrelationen durch lokale klassische Modelle erklärt werden können. Außerdem lassen sich mit präzisen Materiewelleninterferometern Grundprinzipien wie das Äquivalenzprinzip untersuchen.
Quanteninformation mit identischen Teilchen
Die kontrollierte Interferenz vieler identischer Bosonen ist auch für die Quanteninformationswissenschaft interessant. Die Ausgangsverteilungen tragen Informationen über Ununterscheidbarkeit, Kohärenz und Verschränkung. Verlustarme atomare Plattformen könnten neue Wege eröffnen, solche Vielteilchenzustände zu erzeugen und zu analysieren.
Was man aus dem Experiment nicht ableiten sollte
Keine neue Naturkraft: Beobachtet wurde eine bisher experimentell nicht erreichte Vielteilchenversion eines bekannten Quanteneffekts.
Kein sofortiger Technologiesprung: Die Arbeit ist ein Grundlagenexperiment und noch kein fertiges Navigations- oder Satelliteninstrument.
Keine Aufhebung der Messunsicherheit: Verschränkung kann die Empfindlichkeit verbessern, beseitigt aber nicht sämtliche technischen und quantenmechanischen Fehlerquellen.
Keine beliebige Übertragung auf große Objekte: Die hohe Kohärenz entsteht unter streng kontrollierten Bedingungen bei extrem niedrigen Temperaturen.
Ein Experiment mit Signalwirkung
Der besondere Wert der Studie liegt in ihrer experimentellen Klarheit. Die Forschenden erzeugten die Atome paarweise, mischten zwei Quantenzustände wie an einem Strahlteiler und zählten anschließend jedes Atom. Das typische Muster des Vielteilchen-HOM-Effekts wurde dadurch unmittelbar sichtbar.
Gleichzeitig verbindet die Arbeit Grundlagenphysik und Anwendungsperspektive. Das Experiment bestätigt eine präzise Vorhersage der Quantenmechanik für viele ununterscheidbare Bosonen. Die erzeugten Zustände besitzen aber auch Eigenschaften, die für zukünftige Präzisionssensoren relevant sind: starke Verschränkung, geringe Verluste und eine nahezu quadratische Zunahme der Fisher-Information.
Für das DLR-SI passt diese Forschung in eine langfristige Strategie, kalte Atome und Materiewellen für Navigation, Inertialsensorik und die Vermessung des Erdschwerefelds nutzbar zu machen. Noch trennen ein empfindlicher Laboraufbau und ein einsatzfähiges Instrument viele Entwicklungsschritte. Doch die neue Arbeit zeigt, dass sich einige der anspruchsvollsten quantenmechanischen Ressourcen bereits kontrolliert erzeugen und direkt auslesen lassen.
Fazit
Mit bis zu zwölf neutralen Rubidiumatomen haben Forschende des DLR-SI, der Leibniz Universität Hannover und internationaler Partner erstmals die direkte Vielteilchen-Hong–Ou–Mandel-Interferenz in einem nahezu verlustfreien atomaren Zweimodensystem beobachtet. Einzelatomaufgelöste Messungen machten gerade und ungerade Besetzungen, Bunching, Mehrteilchenverschränkung und den metrologischen Vorteil sichtbar.
Die Arbeit erweitert ein klassisches Experiment der Quantenoptik in den Bereich kontrollierter atomarer Vielteilchensysteme. Besonders bemerkenswert ist die gemessene Skalierung der Fisher-Information: Sie liegt nahe an der theoretischen Heisenberg-Skalierung und übertrifft die klassische Grenze deutlich.
Damit ist noch kein Quantensensor für den Orbit gebaut. Es wurde jedoch ein wichtiger Nachweis erbracht: Viele ununterscheidbare Atome können gemeinsam so interferieren, dass ihre quantenmechanischen Korrelationen unmittelbar messbar und für präzisere Interferometrie nutzbar werden.
Glossar
Bose-Einstein-Kondensat: Ein Zustand extrem kalter Materie, in dem viele Bosonen denselben quantenmechanischen Grundzustand besetzen.
Boson: Ein Teilchen mit ganzzahligem Spin. Identische Bosonen können denselben Quantenzustand besetzen und zeigen charakteristische Bunching-Effekte.
Hong–Ou–Mandel-Interferenz: Ein nichtklassischer Interferenzeffekt, bei dem zwei identische Bosonen an einem symmetrischen Strahlteiler bevorzugt gemeinsam denselben Ausgang wählen.
Twin-Fock-Zustand: Ein Quantenzustand mit exakt gleicher Teilchenzahl in zwei Modi.
Parität: Die Unterscheidung zwischen geraden und ungeraden Teilchenzahlen.
Verschränkung: Eine quantenmechanische Verbindung, bei der ein Gesamtsystem nicht vollständig als Kombination unabhängiger Teilsysteme beschrieben werden kann.
Fisher-Information: Ein Maß dafür, wie viel Information eine Wahrscheinlichkeitsverteilung über einen unbekannten Parameter enthält.
Standardquantengrenze: Typische Präzisionsgrenze unverschränkter Teilchen, bei der die Unsicherheit ungefähr wie 1/√N abnimmt.
Heisenberg-Skalierung: Ideale quantenmechanische Skalierung, bei der die Unsicherheit ungefähr wie 1/N abnimmt.
Häufige Fragen
Wurde ein völlig neuer Quanteneffekt entdeckt?
Nein. Neu ist die erstmalige direkte Beobachtung der Vielteilchen-Hong–Ou–Mandel-Interferenz mit bis zu zwölf neutralen Atomen in einem zweimodigen, nahezu verlustfreien System. Der grundlegende HOM-Effekt ist bereits seit Jahrzehnten bekannt.
Warum wurden ausgerechnet Rubidiumatome verwendet?
Rubidium lässt sich mit etablierten Laserkühlungs- und Fallentechniken bis in den Bereich eines Bose-Einstein-Kondensats abkühlen. Seine inneren Zustände können außerdem kontrolliert gekoppelt, getrennt und detektiert werden.
Warum ist die Einzelatomzählung so entscheidend?
Das HOM-Muster zeigt sich unter anderem darin, dass bestimmte gerade oder ungerade Ausgangszahlen auftreten beziehungsweise unterdrückt werden. Schon ein Zählfehler von einem Atom kann die gemessene Parität verändern.
Was bedeutet „nahe an der Heisenberg-Grenze“?
Es bedeutet, dass die verfügbare Messinformation mit steigender Teilchenzahl fast quadratisch anwuchs. Das ist günstiger als die lineare Skalierung unverschränkter Teilchen. Es bedeutet nicht, dass jede denkbare Messung automatisch maximal präzise wird.
Kann die Technik bald in Satelliten eingesetzt werden?
Die Studie ist zunächst Grundlagenforschung. Sie zeigt einen vielversprechenden quantenmechanischen Baustein. Für einen Satelliteneinsatz müssten Zustandserzeugung, Messrate, Robustheit, Miniaturisierung und Langzeitbetrieb erheblich weiterentwickelt werden.
Quellen und weiterführende Informationen
- Martin Quensen, Mareike Hetzel, Luis Santos, Augusto Smerzi, Géza Tóth, Luca Pezzè und Carsten Klempt: Hong–Ou–Mandel interference of more than ten indistinguishable atoms , Nature Physics, veröffentlicht am 1. Juni 2026.
- Leibniz Universität Hannover: Publikationseintrag und beteiligte Einrichtungen .
- DLR-Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik: Forschungsbereich Quantensensorik .
- DLR-Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik: Aufgaben und Forschungsziele des Instituts .
- Titelbild: Steve Jurvetson / Wikimedia Commons , Lizenz CC BY 2.0.
Hinweis: Das Titelbild zeigt einen vergleichbaren Laboraufbau mit einem Bose-Einstein-Kondensat, nicht den konkreten Versuchsaufbau der Nature-Physics-Studie.
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