Quantenlicht könnte Verschränkung in exotischen Metallen wiederherstellen

Der Physiker Qimiao Si und seine Kollegen haben eine Methode vorgeschlagen, die Quantenlicht nutzt, um Verschrnkung aus Quantenmaterialien zurckzugewinnen. Diese Arbeit knnte Wissenschaftlern helfen, exotische Materialien besser zu erforschen und gleichzeitig zuknftige Quantentechnologien voranzutreiben.

Das Konzept besteht darin, Materialien in kleine, mit Spiegeln ausgekleidete Hohlrume zu bringen und sie mit Photonen, also Lichtteilchen, zu bestrahlen. Unter den richtigen Bedingungen beginnen Licht und Materie sich als ein zusammenhngendes Quantensystem zu verhalten.

In der Nhe des kritischen Punkts: Seit Jahren glaubten Forscher, dass zur Erzeugung dieser hybriden Zustnde extrem starke Wechselwirkungen zwischen Licht und Materie erforderlich seien. Der Aufbau, die stark genug sind, um dies zu erreichen, blieb schwierig. Das Team, dass die Lsung in einem sogenannten Quantenkritischen Punkt liegen knnte.

Technik, Energie und Einsatz

Dies ist der Zustand, in dem sich ein Material zwischen zwei Quantenphasen befindet und gegenber nderungen hochsensibel wird. In dieser Theorie knnen wir Materie in einen kleinen, mit Spiegeln ausgekleideten Resonator platzieren und sie in Richtung des Quantenkritischen Punkts treiben; daraufhin knnen wir Photonen einfhren und Quantenverschrnkung induzieren", sagte Si.

Forscher knnen Materialien in diesen Zustand versetzen, ohne sie zu erhitzen. Stattdessen knnen sie Druck anwenden oder die chemische Struktur des Materials leicht verndern. Je nher sich das Material seinem Quantenkritischen Punkt nhert, desto strker sinkt die Schwelle fr Verschrnkung.

Dadurch knnen Photonen und Materie leichter in denselben Quantenzustand bergehen. Die Doktorandin Yiming Wang erklrte, dass das Material im Wesentlichen zwischen zwei verschiedenen Quantenphasen steht und nur am kritischen Punkt in die zweite Phase bergehen kann.

Licht folgt der Materie: Die Theorie

Licht folgt der Materie: Die Theorie wird erst dann wirklich nutzbar, wenn die Verschrnkung entsteht.

Nach Angaben der Forscher beginnen Licht und Materie, sich gegenseitig zu spiegeln. ndert sich die Quantenphase des Materials, ndern sich auch die Photonen. Wenn das Material im Zustand der Verschrnkung mit dem Licht den Quantenkritischen Punkt erreicht und in die zweite Phase bergeht, folgt dem Licht ebenfalls ein Phasenbergang", sagte Mitautor Shouvik Sur.

Diese Verbindung knnte Physikern einen einfacheren Zugang zum Studium quantenmechanischer Materialien erffnen. Wissenschaftler können sowohl das Material als auch das aus der Kavität austretende Licht mit vorhandenen experimentellen Werkzeugen beobachten.

Was die Studie zeigt

Die Arbeit baut zudem auf früheren Forschungsarbeiten Metallen auf, einer Klasse, die für starke Verschränkungseffekte bekannt sind. Forscher betrachten diese Materialien seit langem als vielversprechend für fortschrittliche Quantengeräte, doch die Extraktion der Verschränkung blieb eine Herausforderung. Diese neue Vorschläge bietet eine mögliche Lösung.

Sobald die Photonen mit dem Material verschränkt sind, können Forscher das Licht aus der Kavität entfernen und es direkt untersuchen. Das Team geht davon aus, dass dieser Ansatz zukünftig Technologien wie hochsensitive Quantensensoren und andere Geräte der nächsten Generation unterstützen könnte.

Die Forscher müssen jedoch noch Experimente durchführen, um die Theorie zu bestätigen. Dennoch bietet die Studie den Physikern einen klareren Weg zur Kontrolle änkung in größeren und praxistauglicheren Systemen. Die Studie erscheint in der Zeitschrift Nature Communications.