Nobelpreis für Quanten-Ingenieure
Am 10. Dezember verlieh Schwedens König Carl Gustaf den Nobelpreis für Physik für das Jahr 2012 an David Wineland und Serge Haroche. Mit dem diesjährigen Preis werden zwei Pioniere des "quantum engineerings" ausgezeichnet deren experimentelle Arbeiten uns dem Verständnis fundamentaler Prozesse in der Quantenwelt näher gebracht und den Weg geebnet haben zur präzisen Kontrolle individueller Quantensysteme wie Ionen oder Photonen.
David Wineland vom National Bureau of Standards in Boulder studierte Physik in Berkeley, machte seinen PhD mit Norman Ramsey in Harvard und war Postdoc bei Hans Dehmelt, wo er an der Kontrolle einzelner Elektronen in einer Penning-Falle arbeitete. Seitdem hat er die Technologie des Einfangens und der Zustandspräparation von Ionen zu einer Kunst entwickelt, die es uns erlaubt einzelne Quantensysteme mit nie da gewesener Präzision zu kontrollieren. Dies hat zu bedeutenden Anwendungen in der Metrologie, insbesondere für Frequenzstandards, geführt. Es ist auch nicht von ungefähr, dass die ersten theoretischen Vorschläge für einen Quantencomputer für Ionenfallensysteme formuliert wurden. Seitdem hat die experimentelle Quanteninformationsverabeitung mit Ionen dank der Pionierarbeit von David Wineland einen bemerkenswerten Fortschritt erlebt.
Serge Haroche studierte Physik an der Ecole Normale in Paris wo er auch seine Promotion zur Wechselwirkung von Licht mit Atomen in der Gruppe von Claude Cohen-Tannoudji machte. Die Quantennatur der elektromagnetischen Strahlung war von je her ein zentrales Thema seiner Forschung. Er ist einer der Pioniere der Resonatorquantenelektrodynamik, dem es gelang, eine starke Kopplung zwischen
einem Atom und einer einzelnen Strahlungsfeldmode zu verwirklichen. Das führte zu einer Reihe faszinierender und grundlegender Experimente. Ein Beispiel ist die Beobachtung des periodischen Energieaustausches zwischen einem anfänglich angeregten Atom und einer im Vakuumzustand präparierten Lichtmode, welches einen direkten Nachweis für die granulare Struktur von Photonen lieferte. Andere bedeutende Experimente waren die Präparation und der Nachweis so genannter Schrödinger-Katzen Zustände oder die zerstörungsfreie Messung der Photonenzahl in einem Resonator.
Die Zustandsmanipulation individueller Quantensysteme ist ebenfalls ein zentrales Forschungsthema in OPTIMAS. Z.B. werden einzelne Atome, eingebettet in ein Bose-Einstein Kondensat, präpariert und untersucht oder die kohärente Manipulation einzelner Spins in Systemen unterschiedlicher Größe erforscht.