Das Motto „Gemeinsam sind wir stark“ gilt auch in der Quantenwelt. Eine Wolke aus vielen hundert Atomen kann sich unter geeigneten Bedingungen wie ein einziges Atom verhalten und dabei geradezu Superkräfte entwickeln. Regt man die Atome in diesem Ensemble mit einem sehr kurzwelligen Laser in einen hoch angeregten Zustand an, so kommt es zu einer Wechselwirkung zwischen ihnen. Diese Wechselwirkung kann nun so stark gemacht werden, dass immer genau ein Atom angeregt ist und die Anregung eines zweiten Atoms unterdrückt ist. Da im Prinzip jedes Atom der Wolke das Auserwählte sein kann, sagt die Quantenmechanik, dass in einem solchen Fall alle Möglichkeiten gleichzeitig realisiert werden. Die Atome sind dadurch miteinander verbunden und bilden ein einziges Objekt – ein Superatom – mit einer gegenüber dem einzelnen Atom hundertfach vergrößerten Anregungswahrscheinlichkeit.

Die beiden Arbeitsgruppen um Prof. Dr. Herwig Ott und Prof. Dr. Michael Fleischhauer an der Technischen Universität Kaiserslautern haben nun gezeigt, wie ein solches einzelnes Superatom erzeugt werden kann und unter welchen Bedingungen die oben genannten Eigenschaften auftreten. Superatome sind nicht nur faszinierende physikalische Objekte, in der Zukunft können solche Superatome auch neue Möglichkeiten in der Quanteninformationsverarbeitung bieten.

Die Arbeit wurde in dem hoch angesehenen Journal „Nature Physics“ veröffentlicht. DOI:10.1038/nphys3214

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