Die Kr\u00e4fte zwischen Teilchen, Atomen, Molek\u00fclen oder sogar makroskopischen Objekten wie Magneten sind durch die Wechselwirkungen der Natur festgelegt. So richten sich zum Beispiel zwei nahe beieinanderliegende Stabmagnete unter der Wirkung magnetischer Kr\u00e4fte neu aus. Einem Team um Prof. Dr. Matthias Weidem\u00fcller und Dr. Gerhard Z\u00fcrn am Zentrum f\u00fcr Quantendynamik der Universit\u00e4t Heidelberg ist es nun gelungen, nicht nur die St\u00e4rke, sondern auch die Art der Wechselwirkung zwischen mikroskopischen Quantenmagneten \u2013 den sogenannten Spins \u2013 gezielt zu ver\u00e4ndern. <\/p>\n\n\n\n
Anstatt in einen Zustand vollst\u00e4ndiger Unordnung zu verfallen, k\u00f6nnen die speziell pr\u00e4parierten Magnete ihre urspr\u00fcngliche Ausrichtung \u00fcber einen langen Zeitraum aufrechterhalten. Damit haben die Heidelberger Physiker erfolgreich eine programmierbare Kontrolle der Wechselwirkung in isolierten Quantensystemen demonstriert, so Universit\u00e4t Heidelberg in einer Pressemeldung<\/a>.<\/p>\n\n\n\n Magnetische Systeme k\u00f6nnen \u00fcberraschendes Verhalten zeigen, wenn sie in einer instabilen Konfiguration pr\u00e4pariert werden. Wird beispielsweise eine Ansammlung r\u00e4umlich ungeordneter magnetischer Dipole, wie etwa Stabmagnete, in dieselbe Richtung eingestellt, f\u00fchrt dies zu einer anschlie\u00dfenden Neuausrichtung der Magnete. Diese Dynamik m\u00fcndet schlie\u00dflich in eine Gleichgewichtskonfiguration, bei der alle Magnete zuf\u00e4llig ausgerichtet sind. W\u00e4hrend sich in der Vergangenheit die meisten Untersuchungen auf klassische magnetische Dipole beschr\u00e4nkten, ist es seit kurzem m\u00f6glich, die Ans\u00e4tze mit Hilfe sogenannter Quantensimulatoren auf Quanten-Magnete auszuweiten: Synthetische atomare Systeme ahmen die grundlegende Physik magnetischer Ph\u00e4nomene in einer extrem gut kontrollierten Umgebung nach, in der alle relevanten Parameter nahezu nach Belieben eingestellt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n F\u00fcr ihre Quantensimulationsexperimente verwendeten die Forscher ein Gas aus Atomen, das auf eine Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt abgek\u00fchlt wurde. Mithilfe von Laserlicht wurden die Atome in extrem hohe elektronische Zust\u00e4nde angeregt, die das Elektron um nahezu makroskopische Abst\u00e4nde vom Atomkern trennen. Diese \u201eatomaren Riesen\u201c, auch Rydberg-Atome genannt, stehen in Wechselwirkung \u00fcber Distanzen von fast Haaresbreite miteinander. <\/p>\n\n\n\n \u201eEin Ensemble von Rydberg-Atomen weist genau die gleichen Eigenschaften auf wie wechselwirkende ungeordnete Quanten-Magnete, was es zu einer idealen Plattform f\u00fcr die Simulation und Erforschung des Quantenmagnetismus macht\u201c, sagt Dr. Nithiwadee Thaicharoen, die als Postdoktorandin in Prof. Weidem\u00fcllers Team am Physikalischen Institut t\u00e4tig war und mittlerweile als Professorin in Thailand forscht.<\/p>\n\n\n\n Der wesentliche \u201eTrick\u201c der Heidelberger Physiker bestand darin, die Dynamik der Quanten-Magnete zu steuern, indem sie Methoden aus dem Feld der Kernspinresonanz \u00fcbernahmen. In ihren Experimenten nutzen die Wissenschaftler speziell entworfene periodische Mikrowellenpulse, um den atomaren Spin zu ver\u00e4ndern. Eine gro\u00dfe Herausforderung bestand darin, die Wechselwirkung der Spins mithilfe dieser Technik des sogenannten Floquet-Engineering pr\u00e4zise zu kontrollieren. <\/p>\n\n\n\n \u201eDie Mikrowellenpulse mussten auf Zeitskalen von einer Milliardstel Sekunde auf die Rydberg-Atome angewendet werden, wobei diese Atome zugleich sehr empfindlich auf jede noch so kleine \u00e4u\u00dfere St\u00f6rung wie winzige elektrische Felder reagieren\u201c, so Postdoktorand Dr. Cl\u00e9ment Hainaut, der k\u00fcrzlich an die Universit\u00e4t Lille (Frankreich) gewechselt ist.<\/p>\n\n\n\n \u201eDennoch gelang es auf diesem Weg, die scheinbar unausweichliche Neuausrichtung des Spins zum Stillstand zu bringen und eine makroskopische Magnetisierung unter der Wirkung unseres Kontrollprotokolls aufrecht zu erhalten\u201c, erl\u00e4utert Doktorand Sebastian Geier. \u201eMit unserem Ansatz des Floquet-Engineering sollte es nun m\u00f6glich sein, die zeitliche Entwicklung des Spinsystems umzukehren, nachdem es eine sehr komplexe Dynamik durchlaufen hat. Das w\u00e4re so, als w\u00fcrde sich ein zerbrochenes Glas auf magische Weise wieder zusammensetzen, nachdem es auf den Boden gefallen ist.\u201c<\/p>\n\n\n\n Die Arbeiten sind ein wichtiger Schritt, um grundlegende Prozesse in komplexen Quantensystemen besser zu verstehen. \u201eNach der ersten und zweiten Quantenrevolution, die zum Verst\u00e4ndnis der Systeme und zur pr\u00e4zisen Kontrolle einzelner Objekte gef\u00fchrt haben, sind wir zuversichtlich, dass unsere Technik der dynamischen, programmierbaren Einstellung von Wechselwirkungen einen Beitrag auf dem Weg zu Quantentechnologien 3.0 leistet\u201c, betont Matthias Weidem\u00fcller, Professor am Physikalischen Institut und Leiter des Zentrums f\u00fcr Quantendynamik der Universit\u00e4t Heidelberg.<\/p>\n\n\n\n Die Untersuchungen wurden im Rahmen des Exzellenzclusters STRUCTURES und des Sonderforschungsbereichs \u201eIsolierte Quantensysteme und Universalit\u00e4t unter extremen Bedingungen\u201c (ISOQUANT) der Universit\u00e4t Heidelberg durchgef\u00fchrt. Eingebunden sind die Forschungen zudem in PASQuans, die \u201eProgrammable Atomic Large-Scale Quantum Simulation\u201c-Kollaboration innerhalb des europ\u00e4ischen Quantum Technologies Flagship.<\/p>\n\n\n\n Die aktuellen Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift \u201eScience\u201c ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n\n\n\n Auch interessant: <\/strong><\/em>Das Munich Quantum Valley soll Quantenforschung beschleunigen<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":2084,"featured_media":321428,"template":"","meta":{"_acf_changed":false,"advgb_blocks_editor_width":"","advgb_blocks_columns_visual_guide":""},"categories":[36843],"tags":[125878,125881,33208],"location":[24328],"internal_archives":[],"class_list":["post-321427","selected","type-selected","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","category-digital-de-de","tag-magnetische-systeme-de","tag-quanten-magneten-de","tag-universitaet-heidelberg-de","location-deutschland"],"blocksy_meta":[],"acf":[],"featured_img":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-content\/uploads\/2022\/04\/iSLHHLVV-bildmaterial_-_pictorial_material-1.png","coauthors":[],"author_meta":{"author_link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/author\/mauro-mereu\/","display_name":"Mauro Mereu"},"relative_dates":{"created":"Posted 4 years ago","modified":"Updated 4 years ago"},"absolute_dates":{"created":"Posted on November 29, 2021","modified":"Updated on November 29, 2021"},"absolute_dates_time":{"created":"Posted on November 29, 2021 5:57 pm","modified":"Updated on November 29, 2021 5:57 pm"},"featured_img_caption":"\u00a9 Universit\u00e4t Heidelberg \n","tax_additional":{"category":{"linked":["Digital<\/a>"],"unlinked":["Digital<\/span>"],"slug":"category","name":"Categories"},"post_tag":{"linked":["Magnetische Systeme<\/a>","quanten-magneten<\/a>","Universit\u00e4t Heidelberg<\/a>"],"unlinked":["Magnetische Systeme<\/span>","quanten-magneten<\/span>","Universit\u00e4t Heidelberg<\/span>"],"slug":"post_tag","name":"Tags"},"language":{"linked":["DE<\/a>"],"unlinked":["DE<\/span>"],"slug":"language","name":"Tags"},"post_translations":{"linked":["pll_61a4f9435c48d<\/a>"],"unlinked":["pll_61a4f9435c48d<\/span>"],"slug":"post_translations","name":""},"location":{"linked":["Deutschland<\/a>"],"unlinked":["Deutschland<\/span>"],"slug":"location","name":"Locations"},"internal_archives":{"linked":[],"unlinked":[],"slug":"internal_archives","name":"Internal Archives"}},"series_order":"","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/selected\/321427","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/selected"}],"about":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/types\/selected"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2084"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/media\/321428"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=321427"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=321427"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=321427"},{"taxonomy":"location","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/location?post=321427"},{"taxonomy":"internal_archives","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/internal_archives?post=321427"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}\u00dcberraschendes Verhalten<\/h2>\n\n\n\n
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