Rechts, links, rechts, links ... - beides!

News: Rechts, links, rechts, links ... - beides!

Lebt sie oder lebt sie nicht, Schrödingers Katze? Eine Antwort auf die Frage passt nicht in die Theorie, deshalb werden wir es wohl nie erfahren. Physiker sind jetzt mit einem winzigen supraleitenden Ring diesem Modell sehr nahe gekommen. Er schnurrt nicht, aber das hat ja auch Vorteile, zumindest Katzenliebhaber werden das so sehen. Unter bestimmten Bedingungen fließen in dem Ring Elektronen in entgegengesetzte Richtungen - zur selben Zeit. Eine Eigenschaft, die an einem Körper dieser Größe noch nie beobachtet werden konnte.

Seit Jahrzehnten ist Schrödingers Katze das Paradebeispiel für ein paradoxes und doch fundamentales Verhalten in der Quantenmechanik: Ein Objekt kann sich zur selben Zeit in verschiedenen Zuständen befinden. Doch die Lieblingskatze der Physiker blieb bisher rein hypothetisch. Körper, die größer als einzelne Atome, Photonen und Moleküle sind, wechselwirken zu stark mit ihrer Umgebung. Dadurch beeinflussen sie sich gegenseitig und wählen den einen oder anderen Zustand. Nun hat eine Wissenschaftlergruppe unter der Leitung von Hans Mooij von der Delft University of Technology, Niederlande, und eine Gruppe von der State University of New Nork, Stony Brook, unter der Leitung von James Lukens dieses Verhalten auf ein größeres Objekt übertragen. Sie brachten Millionen von Elektronen in einem kleinen, supraleitenden Ring dazu, sich gleichzeitig in zwei verschiedene Richtungen zu bewegen. Bei dem Ring handelt es sich um ein sogenanntes Superconducting Quantum Interference Device (SQUID). Die Forscher stellten ihre Ergebnisse am 21. März 2000 auf einer Tagung der American Physical Society in Minneapolis vor.

Das SQUID drängt die magnetischen Feldlinien eines äußeren Magnetfeldes nicht aus sich heraus, sondern lässt die gesamten Feldlinien passieren. Dabei gleicht der Ring das Feld auf ein exaktes Vielfaches des magnetischen Flußquantes an. Ändern die Wissenschaftler das Magnetfeld um einen Bruchteil des magnetischen Flußquantes, induziert der Ring einen elektrischen Strom, den er zum aufgezwungenen Magnetfeld addiert oder subtrahiert. Damit rundet SQUID das interne Feld wieder auf den nächsten ganzen Wert auf oder ab. Je nachdem, welcher Weg schneller zum Ziel führt, fließt der Strom in eine der beiden möglichen Richtungen. Wirklich interessant wird es erst dann, wenn der Supraleiter sich nicht für Auf- oder Abrunden entscheiden kann: Fehlt genau die Hälfte auf den nächsten ganzen Wert, ist die Energie für beide Richtungen gleich, und der Strom fließt gleichzeitig mit und entgegen den Uhrzeigersinn.

Um herauszufinden, ob sie in ihrem Experiment tatsächlich diese Überlagerung der beiden Möglichkeiten geschaffen hatten, bestrahlten die Forscher ihre SQUIDs mit Mikrowellen. Damit, so stellten sie fest, konnten sie wie erwartet das System zwischen zwei Energieniveaus wechseln lassen, die charakteristisch für einen Elektronenfluss in beide Richtungen sind.

Dieses Verhalten könnte SQUIDs zu einer Schlüsselrolle im Prozessorbau für Quantencomputer verhelfen. Während herkömmliche Rechner mit Bits arbeiten, die lediglich zwischen Nullen und Einsen unterscheiden können, rechnen Quantencomputer mit q-Bits. Diese unterscheiden zwischen Nullen, Einsen und Null-und-Eins. Bisher haben Forscher eine Hand voll q-Bits aus diskreten Atomen, Molekülen und Photonen erzeugt. Doch SQUIDs sollten leichter zu manipulieren sein, da ihr Durchmesser immerhin einige millionstel Meter beträgt.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 14.3.2000
"Bitte nicht löschen!"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 23.3.1998
"Auf dem Weg zum Quantencomputer"
Spektrum Ticker vom 23.1.1998
"Fortschritte bei Quantencomputern"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)

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