Quantenspuk im Diamant

Die Quantenmechanik erlaubt es, dass zwei Objekte miteinander verbunden sind, obwohl sie keine sichtbare Interaktion aufweisen („Verschränkung“). Einstein sprach in diesem Zusammenhang von spukhafter Fernwirkung, da sie unabhängig von der Entfernung der Objekte gilt.

Mittlerweile ist die Verschränkung von Quantenobjekten allerdings zweifelsfrei nachgewiesen worden. Spektakuläre Experimente wie die Teleportation (das Kopieren von Eigenschaften eines Quantenteilchens auf ein anderes) des Quantenpapstes Zeilinger beruhen auf dieser Besonderheit der Natur.

Allerdings ist dieser Effekt unter normalen Bedingungen äußerst störungsanfällig und funktioniert nur bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt. Nicht so in Diamant, wie Forscher der Universität Stuttgart nun nachweisen konnten.

In ihren Experimenten haben die Wissenschaftler zunächst Stickstoff in farblosen Diamant hineingeschossen. Diese Verunreinigung färbt den Diamant leicht pink und lässt sich im Kristall durch seine Fluoreszenz nachweisen. Durch seine sprichwörtliche Härte schirmt das Diamantgitter das implantierte Stickstoffatom ab. So wird es möglich, Quanteneffekte wie die Verschränkung unter Umgebungsbedingungen zu beobachten.

Den Forschern gelang es dabei, die aus Kohlenstoffatomen bestehenden Gitterbausteine des Diamanten gezielt in geeignete Quantenzustände zu bringen. Ein Prozent dieser Kohlenstoffatome trägt nämlich ein magnetisches Moment. Sie spüren eine Wechselwirkung mit einem implantierten Stickstoffatom in der Nähe. Diese Wechselwirkung nutzen die Wissenschaftler, um die Kohlenstoffatome gezielt adressieren zu können. In ihren Experimenten konnten sie diese Atome miteinander verschränken. Dies ist eine der wesentlichen Voraussetzungen für Quantencomputer. (dsc)