Neuer Ansatz in der Quantentechnologie
Obwohl die Quantentechnologie ein aufstrebendes Forschungsfeld ist, ist es noch ein weiter Weg, bis ihr Potenzial richtig ausgeschöpft werden kann. So ist derzeit noch nicht einmal klar, ob derzeitige Entwicklungsplattformen auch weiterhin verwendet werden können. „Eine der wichtigsten Plattformen für die Weiterentwicklung von Quantentechnologien (QT) ist das Einfangen und die Laserkühlung von Atomionen“, erklärt Prof. Michael Drewsen von der Fakultät für Physik und Astronomie der Universität Aarhus. „Wegen ihrer Komplexität stellten Molekülionen bislang eine vergleichsweise unnötige Komplikation dar. Da gekühlte Molekülionen aber immer besser gesteuert werden können und eine strukturell größere Bandbreite und Diversität haben, könnte dies die künftige Entwicklung von QT auf Basis von Ionenfallen vorantreiben, indem Spezies mit optimalen Eigenschaften bestimmt werden.“ Konkret heißt das, dass sich mit der Nutzung gekühlter, gefangener Molekülionen das Spektrum für Quantentechnologien erweitern und neue Anwendungen für die ultra-sensitive Massenspektrometrie, Ultrahochauflösungsspektroskopie, Kühlung makromolekularer Ionen in der Gasphase oder chemische Prozesse in niedrigsten Temperaturbereichen auftun könnten. Wie Prof. Drewsen erläutert, widmete sich ein großer Bereich des bis November 2017 von ihm koordinierten Projekts COMIQ der genaueren Kontrolle von Quantenzuständen und der Manipulation spezifischer Spezies von Molekülionen – ein wichtiger Schritt für die künftige Nutzung von Molekülionen für QT. Zudem lieferte die Forschungsarbeit Aufschluss über Interaktionen gefangener, gekühlter Molekülionen mit ihrer Umgebung, was wiederum neue Erkenntnisse zu praktischen Problemen bei der Implementierung von QT auf Basis von Molekülionen lieferte. Als seinen wichtigsten Erfolg beschreibt Prof. Drewsen „den Durchbruch, der uns bei der Puffergaskühlung der inneren Zustände von Molekülionen gelang, die in Coulomb-Kristalle eingeschlossen sind. Dies ist ein bahnbrechender Erfolg, vor allem wegen der konzeptionellen Einfachheit und enorm vielen Arten künftiger neuer Experimente, von denen wir bislang nicht einmal zu träumen wagten. Damit könnten wir tatsächlich den Schlüssel für die künftige Entwicklung von QT auf der Basis von kaltem Molekülion in den Händen halten.“ COMIQ eröffnet damit aber nicht nur für Prof. Drewsen und sein Team neue Möglichkeiten. In den vier Jahren seiner Forschung führte das Projekt zehn Forschungsorganisationen sowie drei Industriepartner zusammen und schulte 15 Doktoranden, die inzwischen auch selbst forschen. „Außerordentliches wurde dabei in der hochauflösenden Spektroskopie und detaillierten Analyse kalter Kollisionsdynamik geleistet“, erklärt Prof. Drewsen. Insgesamt baute COMIQ eine tragfähige Forschung zur Kühlung von Molekülionen auf, die auch über die Zusammenarbeit mit bisherigen Projektpartnern hinausgeht. Obwohl das Projekt inzwischen abgeschlossen ist, nutzen die Partner nun ihre Erfolge, um weitere nationale und transnationale Fördermittel für künftige Forschungsprojekte zur Kühlung von Molekülionen einzuwerben. Prof. Drewsen beispielsweise kooperiert derzeit mit einer neuen ITN-Anwendung, die vor allem auf den Ergebnissen von COMIQ aufbaut, um neue Forschungsaspekte zu eruieren. „Aus meiner Sicht hat COMIQ die Etablierung und künftige Entwicklung der breiteren Forschung zu gekühlten Molekülionen befördert. Die unter COMIQ erreichten Erfolge zeigen deutlich, dass die Kühlung von Molekülionen enormes Forschungspotenzial hat und künftig eines der wichtigsten Zweige der AMO-Forschung sein dürfte.“
Schlüsselbegriffe
COMIQ, Quantentechnologie, Molekülion
