D-PHYS News

Ein Team, an dem auch Forscher des Departements Physik der ETH Zürich beteiligt sind, hat eine Methode zur Herstellung elektrisch definierter Quantenpunkte gefunden, die das Potenzial für die lang ersehnte Abstimmbarkeit der Wellenlänge und Skalierbarkeit hat.

Keine zwei Dozierenden würden Quantenmechanik auf die gleiche Art unterrichten. Und doch wären sie sich darin einig, dass die Vielfalt und die Besonderheiten der Quantenmechanik eine wunderbare Spielwiese bieten, experimentell unterrichten zu können.

Forscher des Labors für Festkörperphysik der ETH Zürich fanden Hinweise darauf, dass zweischichtige Graphen-Quantenpunkte eine vielversprechende neue Art von Quantenbits beherbergen könnten, die auf sogenannten Tal-Zuständen basieren.

Forscher untersuchten, wie Quanten-Vielteilchen-Narben, also Zustände, die der Thermalisierung widerstehen, in einer Vielzahl von Systemen experimentell untersucht und so für Anwendungen der Quanteninformationsverarbeitung nutzbar gemacht werden können.

Forschende des Instituts für Theoretische Physik haben eine allgemeinere Formulierung der Quantenmechanik verwendet, um einen Zusammenbruch der Adiabatizität zu untersuchen.

Bis zu 30 000 Besucherinnen und Besucher wollten am 2. und 3. September wissen: was hält die Welt zusammen?

Die Besucherinnen und Besucher des Science Centers Technorama in Winterthur können jetzt von blossem Auge Atome sehen. Möglich wurde das durch die Zusammenarbeit zwischen dem Departement Physik der ETH Zürich und dem Technorama.

ETH-Forschende haben einen Kristall in einen Quanten-Überlagerungszustand versetzt und gemessen, wie lange Quanteneffekte in den Schwingungen des Kristalls andauerten. Solche Messungen sind wichtig, um Obergrenzen für mögliche Modifikationen der Quantentheorie zu finden, die erklären könnten, warum wir im Alltag kein Quantenverhalten sehen.

Experimentalphysikerinnen und -physiker des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik in Garching haben, mit massgeblicher Beteiligung des theoretischen Physikers Eugene Demler von der ETH Zürich, erstmals direkt und in mikroskopischem Detail beobachtet, wie magnetische Korrelationen die Bildung von sogenannten Loch-Paaren vermitteln. Die Arbeit schafft eine vielseitige Plattform für die Erforschung theoretischer Modelle der Hochtemperatur-Supraleitung.

EPFL-Forschende haben in Zusammenarbeit mit Kolleg:innen der ETH Zürich und der Harvard University einen neuen Dünnschicht-Schaltkreis entwickelt, der in Verbindung mit einem Laserstrahl fein abgestimmte Terahertz-Frequenzwellen erzeugt. Das Instrument eröffnet eine Welt potenzieller Anwendungen in der Optik und Telekommunikation.

Nicht nur für unsere alltägliche Mobilität sind Verkehrsbehinderungen ein Ärgernis, auch für kleinste Teilchen wie Elektronen können diese negative Konsequenzen mit sich bringen. Wollen Physikerinnen und Physiker sehr schnelle Dynamik in der Materie mittels weicher Röntgenstrahlung untersuchen, ist freie Bahn für Elektronen gefordert.

ETH-Forschende zeigen, wie Atome durch einen synthetischen Kristall gepumpt werden können, ohne dass ein externer periodischer Antrieb nötig ist. Diese Experimente kombinieren mehrere Schlüsselaspekte der Quantenvielteilchenphysik auf unerwartete Weise und ebnen so einen Weg zu neuem grundlegendem Verständnis und zur Erzeugung exotischer Zustände von Quantenmaterie.

Seit langem besteht die Aussicht, dass eine als Quantenschlüsselaustausch bekannt Methode eine Kommunikationssicherheit gewährleistet, die mit herkömmlicher Kryptographie nicht zu erreichen ist. Ein internationales Team von Physiker:innen mit ETH-Beteiligung hat nun erstmals einen Ansatz für den Quantenschlüsselaustausch experimentell umgesetzt, der Quantenverschränkung nutzt um weitaus umfassendere Sicherheitsgarantien bieten zu können als bisherige Verfahren.

Der Neugierde freien Lauf lassen, tausend Fragen stellen und Neues lernen. Am 17. Juni 2022 empfing das Departement Physik der ETH Zürich viele tausend Gäste zum sommerlichen Fest der Wissenschaft auf dem Campus Hönggerberg, der Nacht der Physik 2022.

Systeme, in denen die mechanische Bewegung auf der Ebene einzelner Quanten gesteuert wird, entwickeln sich zu einer vielversprechenden Plattform für Quantentechnologien. Eine neue experimentelle Arbeit zeigen nun, wie die Quanteneigenschaften solcher Systeme gemessen werden können, ohne den Quantenzustand zu zerstören – eine wichtige Voraussetzung für die Erschliessung des vollen Potenzials mechanischer Quantensysteme.

Es ist allgemein bekannt, dass die Quantenfehlerkorrektur die Leistung von Quantensensoren verbessern kann. Eine neue theoretische Arbeit zeigt nun jedoch, dass dieser Ansatz unerwartet auch zu ungenauen und irreführenden Ergebnissen führen kann – und zeigt, wie diese Schwächen behoben werden können.

Ein charakteristisches Merkmal sogenannter topologischer Quantenzustände ist, dass sie gegen lokale Störungen geschützt sind. ETH-Forschende zeigen nun, dass im paradigmatischen Fall des integralen Quanten-Hall-Effekts Vakuumfluktuationen einen Zusammenbruch des topologischen Schutzes verursachen können.

Forschende in der Gruppe von Prof. Jonathan Home haben eines der wichtigsten Schemata für die Quantenfehlerkorrektur modifiziert und gezeigt, dass sie damit in Experimenten die Lebensdauer von Quantenzuständen erheblich verlängern können – eine entscheidende Komponente für künftige skalierbare Quantencomputer.

Quantencomputer und Quantenmechanik werden derzeit intensiv erforscht, auch an der ETH Zürich. Sie sind zunehmend Thema in den Medien. Forscherinnen und Forscher arbeiten in diesem Bereich täglich mit kleinsten Teilchen, um im experimentellen Umfeld eine neue Ära der Informationstechnologie zu erschaffen. Sie soll in Zukunft neue Lösungen bringen. Doch wie lässt sich diese Welt der Quantenphysik ausserhalb des Labors erleben?

Eugene Demler, Quantenforscher und Professor an der ETH Zürich, wurde für seine theoretischen Arbeiten über Quantenflüssigkeiten und -festkörper geehrt, insbesondere für seine Beiträge zur Untersuchung ultrakalter Atome in optischen Gittern.

Was bedeutet es, in der Quantenforschung zu arbeiten? Was ist Quantenwissenschaft? Welche Art von Forschung wird am neu gegründeten «Quantum Center» der ETH Zürich betrieben? Zum «World Quantum Day» am 14. April 2021 sind Sie, Ihre Familie und Freunde herzlich eingeladen.

ETH-Professor Renato Renner ist einer der weltweit führenden Theoretiker in den Quanteninformationswissenschaften. Seine Forschungsgruppe befasst sich mit der Frage, wie die Verarbeitung und Übermittlung von Informationen mit den physikalischen Gesetzen zusammenhängen.  

Yiwen Chu erforscht neue Möglichkeiten, um Quantentechnologien zu verbinden. Das Ziel der Forscherin ist ein Quantentelekommunikationsnetz für den Austausch und die Speicherung von Quanteninformationen.

Das kontrollierte Shutteln von Ionen durch Laserstrahle sollte skalierbare Quantencomputer ermöglichen.