@ Professor Yiwen Chu (©MPL, Susanne Viezens)

Die Forschungsgruppe von Yiwen Chu „Hybrid Quantum Systems“ beschäftigt sich mit der Untersuchung massiver mechanischer Objekte im Quantenbereich. Im Physikunterricht wird häufig eine Feder mit einer daran befestigten Masse als Modellsystem verwendet, um sowohl die klassische Mechanik als auch die Quantenmechanik zu lehren. Während die „klassische'' periodische Dehnung und Stauchung einer Feder Teil unserer alltäglichen Erfahrung ist und leicht zu verstehen ist, sagt die Quantenmechanik eine Fülle von Phänomenen voraus, die wenig eingänglich erscheinen. Am auffälligsten ist, dass die Masse die berühmte "Schrödinger-Katze" nachahmen kann, was bedeutet, dass sie sich in einer Überlagerung von zwei klassisch unvereinbaren Zuständen befinden könnte. Ein Masse-Schwingungssystem in einem Schrödinger-Katzen-Zustand schwingt gleichzeitig in zwei entgegengesetzten Schwingungsphasen, so wie eine Schrödinger-Katze gleichzeitig lebendig und tot ist. Es mag nicht überraschen, dass ein solch bizarres Verhalten bisher noch nicht beobachtet wurde. Yiwen Chu erklärt: "Das liegt daran, dass ein Block aus einem bestimmten Material, der an einer Feder befestigt ist, sehr komplex ist. Er hat viele Freiheitsgrade, viele Komponenten und vor allem viele Möglichkeiten, mit der Umgebung zu interagieren, was zum Beispiel zu Dekohärenz führt. Und das macht es sehr schwierig, ihr quantenmechanisches Verhalten kohärent zu beobachten."

In modernen Physiklabors werden Systeme ohne Masse oder mit sehr geringer Masse, wie Licht oder Moleküle aus tausenden von Atomen, routinemäßig verwendet, um quantenmechanische Experimente durchzuführen, – darunter auch Schroedinger-Katzen-Zustände. Die Forschungsgruppe von Yiwen Chu hat sich zum Ziel gesetzt, den Anwendungsbereich für diese Phänomene zu erweitern und die kollektive Dynamik deutlich massereicherer Objekte einzubeziehen. In ihrem Vortrag stellte Yiwen Chu ihre neuesten Experimente mit akustischen Volumenresonatoren vor, deren Masse im Mikrogrammbereich liegt und die aus bis zu 10¹⁷ Atomen bestehen. Ihre Geräte umfassen auch einen supraleitenden Schaltkreis, der auf dem Resonator angebracht ist. Die akustischen Volumenwellen im Resonator interagiert stark mit der Mikrowellenstrahlung, die in einem supraleitenden Schaltkreis zirkuliert und sich dabei selbst in einem Quantenzustand befindet. Die Wechselwirkung mit der Mikrowellenstrahlung kann durch die Sequenz der Mikrowellenimpulse reguliert werden. Diese Anordnung ermöglicht es, den Quantenzustand des Resonators zu manipulieren, z. B. indem Phononen (quantisierte Schwingungsanregung) einzeln hinzufügt werden oder man ihn in einen Schrödinger-Katzen-Zustand versetzt.

Im Laufe des Vortrags stellte Chu den Zuhörer*innen die Anwendungen dieser Systeme in der Quanteninformation, Quantensensorik und physikalischen Grundlagenforschung vor.

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