Forscher kontrollieren Quantenprozesse einzelner Moleküle
Dank eines neuartigen Verfahrens lassen sich individuelle Quantenprozesse in einzelnen Molekülen mit hoher Präzision untersuchen und kontrollieren. Die an der Universität Basel entwickelte Technologie liefert wichtige Erkenntnisse über die Grundmechanismen der Chemie und könnte gleichzeitig ein wichtiger Schritt bei der Realisierung des Quantencomputers sein.
Der Forschungsgruppe von Prof. Stefan Willitsch vom Departement Chemie der Universität Basel ist es erstmals gelungen, Moleküle in einer Falle zu lokalisieren und dabei ihre Dreh- und Schwingungsbewegungen vollständig zu kontrollieren. Damit ist es erstmals möglich, die wichtigsten Bewegungsformen einzelner Moleküle zu beobachten und gezielt zu manipulieren.
Die zahlreichen Bewegungen der Moleküle spielen in der Chemie und Biologie eine wichtige Rolle. Bis heute war es nur möglich, die mittlere Bewegung eines großen Schwarms von Molekülen zu beobachten. Interessant für die Wissenschaftler ist aber die Natur eines einzelnen Moleküls. Mit dem neuen Verfahren ist es gelungen, einzelne Individuen aus dem Schwarm zu isolieren und ihre Eigenschaften festzulegen. Eine solche präzise Kontrolle über Moleküle war zuvor noch nie erreicht worden.
«Nun können wir chemische Reaktionen an isolierten Molekülen beobachten und gezielt beeinflussen», beschreibt Willitsch die Bedeutung seiner Arbeit. Das neuartige Verfahren wird der Chemie neue Erkenntnisse über die quantenmechanischen Mechanismen liefern, die jeder Reaktion zugrunde liegen.
Auf großes Interesse stoßen die Forschungsresultate auch bei Willitschs Kollegen am Departement Physik der Universität Basel. Sie arbeiten an den technischen Grundlagen zur Realisierung eines Quantencomputers. Der Ansatz von Willitsch und seinem Team könnte dazu einen wichtigen Beitrag leisten. Die neuartige Entwicklung stellt die Weichen, Information in einzelnen lokalisierten Molekülen zu speichern. Sie erlaubt damit wichtige Anwendungen in der Quanteninformationsverarbeitung.
Originalveröffentlichung: Xin Tong, Alexander H. Winney, and Stefan Willitsch; "Sympathetic Cooling of Molecular Ions in Selected Rotational and Vibrational States Produced by Threshold Photoionization"; Phys. Rev. Lett. 105 (2010), Art. Nr. 143001, Published September 27, 2010
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