Wichtiger Durchbruch in der Quantenphysik: Wissenschaftler erzeugen exotische Superpositionen

Physiker der University of Oxford haben ein äußerst komplexes Experiment erfolgreich durchgeführt und damit ein neues Kapitel in der Quantenmechanik aufgeschlagen. Laut ixbt.com ist es Forschern zum ersten Mal in der Geschichte gelungen, beliebige Superpositionen aus unklassischen und „gesquetschten“ Zuständen eines quantenmechanischen harmonischen Oszillators praktisch zu erzeugen. Bisher wurden solche exotischen Kombinationen nur theoretisch beschrieben, und die praktische Arbeit beschränkte sich auf standardmäßige „Schrödingers Katze“-Zustände. Dies berichtet Ixbt.com berichtet .

Um dieses Ergebnis zu erzielen, verwendeten die Wissenschaftler ein einzelnes Strontium-88-Ion, das in einer Paul-Falle gefangen war. Dabei dienten die internen Elektronenzustände des Ions als Qubit, während mechanische Schwingungen die Rolle des quantenmechanischen harmonischen Oszillators spielten. Den Fachleuten gelang es, die Bewegung des Ion mit seinem Spinzustand durch spinabhängige nichtlineare Wechselwirkungen verschiedener Ordnungen zu verschränken.

Neuer Ansatz und präzise Steuerung

Das während des Experiments verwendete Hybridschema ermöglichte es, den Oszillator in die gewünschte Superposition zu bringen — einschließlich gerader oder ungerader Kombinationen von gesquetschten Paketen. Durch das Hinzufügen einer spinabhängigen Verschiebung entfernten die Autoren diese Pakete im Phasenraum voneinander. Als Ergebnis wurden „Katzen“-Analoga erhalten, die direkt aus unklassischen und ungleichmäßigen Blöcken statt aus traditionellen Blöcken zusammengesetzt waren.

Fachleute erstellten eine Karte des Zustands im Phasenraum und registrierten ein klares Interferenzmuster mit Tiefen, die in den negativen Bereich hineinreichen. In der klassischen Physik kann die Wahrscheinlichkeit nicht negativ sein, aber hier wurde genau dieser Umstand zum Hauptfaktor, der zeigte, dass eine echte Quantensuperposition und keine bloße Ansammlung klassischer Wahrscheinlichkeiten entstanden ist.

Neue Möglichkeiten für die Quanteningenieurkunst

Die Übereinstimmung der erzielten Ergebnisse mit dem digitalen Modell lag bei über 90 Prozent. Das Wichtigste ist, dass das Maß für die Nichtklassizität der neuen Superpositionen bei gleichem Schwingungsenergieniveau höher ausfiel als bei Fock-Zuständen oder traditionellen „Schrödingers Katzen“. Dies bedeutet, dass das erzeugte Objekt auf einem klassischen Computer schwerer zu berechnen ist und für Quantenberechnungen eine leistungsstärkere Ressource darstellt.

Die Universalität dieser Methode ermöglicht ihre Übertragung auf beliebige Systeme mit Spin-Oszillator-Kopplung: supraleitende Schaltkreise, Atome in optischen Resonatoren und Nanoteilchen in Fallen. Infolgedessen wandeln sich komplexe unklassische Zustände von einfachen mathematischen Übungen zu Werkzeugen der Quanteningenieurkunst. Spezialisten und Theoretiker arbeiten weiterhin an der quantitativen Bewertung der „Quantenhaftigkeit“ der erzeugten Zustände.