Quantenelektrodynamik in Europa erhält Auftrieb
Ursprünglich prägte man den Begriff Hohlraum-Quantenelektrodynamik (Quantum Electrodynamics, QED), um die Kopplung von realen Atomen mit Mikrowellen oder in einem Resonator gespeicherten optischen Photonen zu beschreiben. Die Schaltungs-Quantenelektrodynamik beinhaltet außerdem die Untersuchung derartiger Phänomene im festen Zustand mit künstlichen Atomen, die an supraleitende On-Chip-Resonatoren gekoppelt sind. Auf beiden Gebieten gab es bemerkenswerte Fortschritte. Man demonstrierte vielfältige Effekte. Angesichts der Tatsache, dass die verschiedenen Verlaufsformen der gleichen Phänomene anhand von zwei verschiedenen Versuchsaufbauten erforscht werden können, ist der Vergleich der Resultate und der Erfahrungsaustausch über die Erkenntnisse besonders wertvoll. Das EU-finanzierte Projekt CCQED(öffnet in neuem Fenster) (Circuit and cavity quantum electrodynamics) führte Spitzenforscher beider Bereiche aus Wissenschaft und Industrie zusammen. Sie vereinten ihre Kräfte und banden 14 Doktoranden und Postdoktoranden in ihr Netzwerk zur Erforschung der Quantenelektrodynamik ein. Das Netzwerk unterhält neben der Weiterbildung an den gastgebenden Institutionen Schulen, Workshops und Treffen, um Perspektiven zu erweitern und in den Erfahrungsaustausch über Erkenntnisse zu experimentellen Methoden und theoretischen Beschreibungen zu treten. Die Stipendiatinnen und Stipendiaten organisierten außerdem in den letzten beiden Projektjahren zwei Treffen unter dem Motto Young European Scientists (Junge europäische Wissenschaft). Ein bemerkenswerter Aspekt für das berufliche Weiterkommen der Forscherinnen und Forscher war der Zugriff auf eine breite technologische Vielfalt von Experimenten. Dazu zählten die Manipulation kalter Atome, Ionenfallen, Tieftemperaturtechnik, Supraleitung, Vakuumphysik, Reinraumanlagen, Lasertechnik, Hard- und Softwareentwicklung sowie die Elektronik. Ein weiteres nennenswertes wissenschaftliches Ergebnis war die Möglichkeit des Aufbaus hybrider Systeme durch Kopplung supraleitender Übertragungsleitungen mit realen Atomen. Eine Kombination dieser Systeme könnte für zukünftige Architekturen zum Quantenrechnen von Nutzen sein. Schnelle supraleitende Schaltungen könnten das Schlüsselelement für die Quanteninformationsverarbeitung darstellen, während die realen Atome als Basisspeichereinheit dienen können. Die Forschenden brachten es auf über 90 Publikationen, die in von Experten begutachteten Fachzeitschriften veröffentlicht wurden. Zu den wichtigsten Resultaten gehörten die kohärente Manipulation von Rydberg-Atomen auf einem supraleitenden Atom-Chip und die kohärente Kopplung an eine Übertragungsleitung, gequetschtes Licht von einem einzelnen Atom sowie rein optisches Schalten von Ionenkristallen. Weitere Ergebnisse sind das gleichzeitige Auslesen mehrerer künstlicher Atome in der Schaltungs-QED, die Quantenzustandstomografie und die Rekonstruktion von durch supraleitende Schaltungen erzeugten Quantenmikrowellenfeldern sowie der Verschränkungsnachweis und die Quetschung von sich ausbreitenden Mikrowellen. CCQED hat mit dem Formen einer neuen Generation von Nachwuchsforscherinnen und -forschern sowohl in der akademischen Welt als auch in Industriekreisen das Wachstum der Quantentechnologie in Europa gefördert.
Schlüsselbegriffe
Quant, Quantenelektrodynamik, Hohlraum, Resonator, supraleitende Schaltung, einzelnes Atom, Einzelatom, Ionenkristall, starke Kopplung
