Bonner Physiker bauen Abakus aus Atomen

Bonner Physiker haben eine Art Abakus aus einzelnen Atomen gebaut. Mit Hilfe einer "Pinzette" aus Laserstrahlen können sie ultrakalte Cäsiumatome auf einer Linie hin- und herschieben wie die Kugeln auf dem antiken Rechenbrett. Die Entwicklung bedeute einen wichtigen Meilenstein auf dem Weg zum Quantencomputer, teilte die Universität Bonn am Mittwoch mit. Eine solche Anlage könnte möglicherweise einmal als Speichermedium für Quanteninformationen dienen.

Die Gruppe um Arno Rauschenbeutel kühlte die Cäsiumatome auf weniger als ein tausendstel Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt (-273,15 Grad Celsius) ab, sodass die Teilchen sich fast nicht mehr bewegten, und lud sie auf ein "Förderband" aus Laserstrahlen um. Dabei handelt es sich um eine stehende Lichtwelle aus vielen Bergen und Tälern. In welchem Wellental die Atome landeten, sei allerdings dem Zufall überlassen, berichtete Rauschenbeutel.

Um mit Atomen rechnen zu können, müssen sie jedoch sehr exakt platziert werden. "Sämtliche Atome auf dem Förderband müssen denselben Abstand zueinander haben, nur dann können wir sie in einem so genannten Quantengatter kontrolliert miteinander wechselwirken lassen", erläuterte Rauschenbeutel.

Daher haben die Forscher das beladene Förderband in Bewegung gesetzt und falsch liegende Atome zu einer "Pinzette" aus weiteren Laserstrahlen gebracht. Die Pinzette pickt die Atome vom Band und setzt sie so wieder ab, dass sie genau den gewünschten Abstand voneinander haben. "Um auf diese Weise sieben Atome zu sortieren, benötigen wir etwa zwei Sekunden", sagte Rauschenbeutel. Als nächsten Schritt planen die Bonner den Bau eines so genannten Quantengatters, eines logischen Bausteins für Quantencomputer.

Quantencomputer gelten seit Jahren als eine alternative künftige Rechnerarchitektur, mit deren Hilfe spezielle Probleme viel schneller als mit heutigen Computern gelöst werden könnten, weil der Rechenvorgang massiv parallel abliefe. Allerdings reagieren die atomaren Bausteine der bisherigen Prototypen noch sehr empfindlich auf äußere Störungen. Wann leistungsfähige Quantencomputer zur Verfügung stehen könnten, ist derzeit nicht abzusehen.

Die Arbeit der Bonner Physiker wird in der morgigen Ausgabe des Wissenschaftsjournals Nature veröffentlicht: Yevhen Miroshenko et al., "An atom-sorting machine", Nature Vol. 442, S. 151. (nbo)