Een team onder leiding van de Oostenrijkse experimenteel fysicus Rainer Blatt is erin geslaagd de kwantumverstrengeling van twee ruimtelijk gescheiden atomen te karakteriseren door hun lichtemissie te observeren. Deze fundamentele demonstratie zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van zeer gevoelige optische gradiëntmeters voor de nauwkeurige meting van het zwaartekrachtsveld of het aardmagnetisch veld.

Het tijdperk van de kwantumtechnologie is al lang ingeluid. Decennia van onderzoek naar de kwantumwereld hebben geleid tot de ontwikkeling van methoden die het vandaag de dag mogelijk maken om kwantumeigenschappen specifiek voor technische toepassingen te benutten. Het team onder leiding van de Innsbruck-kwantumcomputerpionier Rainer Blatt bestuurt individuele atomen zeer nauwkeurig in experimenten met ionenvallen. De opzettelijke verstrengeling van deze kwantumdeeltjes opent niet alleen de mogelijkheid om een ​​kwantumcomputer te bouwen, maar creëert ook de basis voor het meten van fysische eigenschappen met voorheen onbekende precisie. De natuurkundigen zijn er nu voor het eerst in geslaagd om volledig gecontroleerde kwantuminterferentie in de vrije ruimte aan te tonen van enkele fotonen die worden uitgezonden door een paar effectief gescheiden verstrengelde atomen.

"Vandaag, we kunnen de positie en verstrengeling van deeltjes zeer nauwkeurig controleren en indien nodig enkele fotonen genereren, " legt Gabriel Araneda uit van Rainer Blatt's team van de afdeling Experimentele Fysica aan de Universiteit van Innsbruck. "Samen, hierdoor kunnen we de effecten van verstrengeling in de collectieve atoom-licht-interactie onderzoeken." De natuurkundigen van de Universiteit van Innsbruck vergeleken de fotoninterferentie veroorzaakt door verstrengelde en niet-verstrengelde bariumatomen. Uit de metingen bleek dat deze kwalitatief verschillend zijn. , het gemeten verschil van de interferentieranden komt direct overeen met de mate van verstrengeling in de atomen. “Zo kunnen we de verstrengeling volledig optisch karakteriseren, Gabriel Araneda benadrukt het belang van het experiment. De natuurkundigen konden ook aantonen dat het stoorsignaal zeer gevoelig is voor omgevingsfactoren op de plaats van de atomen. "We profiteren van deze gevoeligheid en gebruiken het waargenomen stoorsignaal om magnetische veldgradiënten, ", zegt Araneda. Deze techniek kan leiden tot de ontwikkeling van ultragevoelige optische gradiëntmeters. Omdat het gemeten effect niet afhankelijk is van de nabijheid van de atomen, met deze metingen kunnen veldsterkten op afzonderlijke locaties nauwkeurig worden vergeleken, zoals die van de magnetische of zwaartekrachtvelden van de aarde.

Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven en werd financieel ondersteund door het Oostenrijkse Wetenschapsfonds FWF, de Europese Unie en de Federatie van Oostenrijkse Industrieën Tirol, onder andere.