Hybride Quantensysteme in Sicht
In der Quantenphysik steckt ein enormes Potenzial - sie könnte bei vielen Verfahren und Technologien Einsatz finden. Um in der Quantenphysik von der Grundlagenforschung wegzukommen, müssen jedoch die verschiedenen Systeme miteinander verknüpft werden und gleichzeitig die spezielle Beschaffenheit der Quanten bewahrt bleiben. Derzeit fehlt eine solche technologische Basis allerdings. Um dieses Problem aus der Welt zu schaffen, wurden innerhalb des HQS-Projekts ("Hybrid quantum systems - integrating atomic/molecular and solid state quantum systems") ultrakalte Atome mit supraleitenden Bauelementen kombiniert. Die Wissenschaftler gingen davon aus, dass ein Ensemble ultrakalter Atome mit einem supraleitenden Übertragungsleitungsresonator gekoppelt werden kann und dass dann die Kopplungsstärke durch optisch angeregte Rydberg-Zustände verstärkt werden könnte. Im Experiment wurde ein Mischungskryostatensystem verwendet, um die supraleitenden Resonatoren zu messen, welche Qualitätsfaktoren bis zu einer Million aufwiesen. Außerdem wurde die Wirkung von auf dem Resonator auftreffenden Licht getestet, was signifikante Informationen für Systeme ergab, die Lichtimpulse benötigen. Hinsichtlich der Entwicklung eines kryogenen Atomchips demonstrierten die Wissenschaftler unter Einsatz eines 4K-Resonators auch bei endlichen Temperaturen eine starke Kopplung. Bei der Entwicklung eines alternative Hybridquantensystems wurde ein Diamant mit einem supraleitenden Resonator gekoppelt. Es konnte bewiesen werden, dass ein Ensemble aus Spins mit Stickstoff-Vakanz (nitrogen-vacancy) stark an den supraleitenden Resonator gekoppelt werden könnte. Das HQS-Projekt hat eine Plattform zur Integration von Quantensystemen geschaffen. Die entwickelte Technologie wird voraussichtlich eine Vielzahl von Anwendungen haben und die Quantenphysik der realen Welt ein Stück näher bringen.
