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© Xinwei Li/Rice University

Quantenoptisches Phänomen ohne Licht entdeckt

Forschung für Superrechner

  • von Ulrike Bohnsack
  • 24.08.2018

Quantencomputern soll die Zukunft gehören, denn sie sind herkömmlichen, binären Rechnern überlegen. Theoretisch. Noch sind die Materialien, um sie alltagstauglich zu machen, nämlich nicht gefunden. Experimentalphysiker Prof. Dmitry Turchinovich von der Universität Duisburg-Essen (UDE) und Forschern aus den USA, Japan und China könnte jetzt ein wichtiger Schritt gelungen sein.

Sie haben ein Phänomen entdeckt, von dem vorher angenommen wurde, dass es nur in Quantenoptik existiert: Gemeint ist die Dicke Kopplung – eine ultrastarke Kopplung zwischen Atomen und einem Lichtfeld (benannt nach dem US-Physiker Robert H. Dicke).

Turchinovich und seine Kollegen konnten zeigen, dass die Dicke Kopplung in einem magnetischen Material und – überraschenderweise – auch ganz ohne Licht funktioniert. „Als Material haben wir Seltenerd-Orthoferritkristalle benutzt. Anstatt des Lichtfeldes haben wir eine Spinwelle eingesetzt, die durch Eisen-Ionen erzeugt wurde. Anstatt Atomen haben wir die Elektronenspinresonanz in Erbium-Ionen verwendet“, erklärt Prof. Turchinovich. „Dadurch gab es anstatt einer Licht-Materie Wechselwirkung, wie sie in der Quantenoptik üblich ist, eine durch Spins ermöglichte Materie-Materie Wechselwirkung, also eine Dicke Kopplung zwischen verschiedenen Ionen in einem Festkörper.“

Diese Entdeckung könnte einmal dazu beitragen, dass die künftigen festkörperbasierten Quantencomputer mittels Spins Daten schneller und energieeffizienter verarbeiten.

Die Ergebnisse wurden jetzt im Fachmagazin Science publiziert: X. Li et al., “Observation of Dicke cooperativity in magnetic interactions,” in: Science, 24 Aug 2018: Vol. 361, Issue 6404, pp. 794-797
DOI: 10.1126/science.aat5162

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Dmitry Turchinovich, Experimentalphysik, Tel. 0203/37-94352, dmitry.turchinovich@uni-due.de

im Bild (oben)
Dicke Kopplung in einem magnetischen Kristall: Zwei Spintypen – Eisen (blaue Pfeile) und Erbium (rote Pfeile) interagieren miteinander. Die Eisen-Spins wurden so angeregt, dass sie eine Spinwelle bilden; die Erbium-Spins präzessieren sich in einem magnetischen Feld (B) und verhalten sich wie 2-Niveau Atome.

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