Das Ende des Quanten-Eiszeitalters: Durchbruch bei Raumtemperatur

Überwindung der Kältebarriere

In der Welt der Quantenmechanik war es eine Herausforderung, Quantenphänomene bei Raumtemperatur zu beobachten und zu kontrollieren. Traditionell waren solche Beobachtungen auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt beschränkt, wo Quanteneffekte leichter nachweisbar sind. Forscher der EPFL haben jedoch einen Durchbruch erzielt, indem sie die Kontrolle über Quantenphänomene bei Raumtemperatur erreicht haben und die Notwendigkeit von extremer Kälte überwunden haben.

Dieser Fortschritt hat bedeutende Auswirkungen auf die praktischen Anwendungen der Quantentechnologie und das Studium makroskopischer Quantensysteme. Die Möglichkeit, in einer raumtemperaturumgebung zu arbeiten, eröffnet neue Möglichkeiten für den Fortschritt der Quantentechnologie.

Wegweisende Studie an der EPFL

Die an der EPFL durchgeführte Studie unter der Leitung von Tobias J. Kippenberg und Nils Johan Engelsen kombiniert Quantenphysik und Maschinenbau, um die Grenzen des Möglichen neu zu definieren. Den Forschern gelang es, das Heisenberg-Mikroskop zu realisieren, ein theoretisches Modell für die Raumtemperatur-Quantenoptomechanik.

Das experimentelle Setup umfasste die Schaffung eines ultraschallarmen optomechanischen Systems, in dem Licht und mechanische Bewegungen miteinander verbunden sind. Dieses Setup ermöglichte es ihnen, die Wechselwirkung zwischen Licht und bewegten Objekten mit hoher Präzision zu untersuchen und zu manipulieren, wodurch die Kontrolle über Quantenphänomene bei Raumtemperatur demonstriert wurde.

Innovatives Experimentelles Setup

Um die Herausforderung des thermischen Rauschens bei Raumtemperatur zu bewältigen, nutzten die Forscher spezielle Hohlspiegel. Diese Spiegel fangen Licht in einem begrenzten Raum ein und verstärken seine Wechselwirkung mit den mechanischen Elementen im System. Darüber hinaus sind die Spiegel mit kristallartigen periodischen Strukturen ausgestattet, um das thermische Rauschen zu reduzieren.

Ein weiteres wesentliches Bauteil des Setups war ein 4mm großes trommelförmiges Gerät namens mechanischer Oszillator. Durch sein Design und seine Größe wurde eine Isolierung von Umgebungsgeräuschen ermöglicht und die Detektion subtiler Quantenphänomene bei Raumtemperatur erleichtert. Die Entwicklung gut isolierter mechanischer Oszillatoren ist das Ergebnis jahrelanger Arbeit.

Durch das Erreichen optischer Squeezing, ein Quantenphänomen, das Schwankungen in einer Variable reduziert, indem es in einer anderen Variable erhöht, haben die Forscher die Kontrolle und Beobachtung von Quantenphänomenen in einem makroskopischen System bei Raumtemperatur nachgewiesen. Dieser Durchbruch eröffnet neue Möglichkeiten in der Quantenforschung und Quantentechnologie.