Zu wissen, wie schnell ein Quantenprozess sein kann, offenbart die ultimativen Grenzen der Informationsverarbeitung. Das Brachistochronen-Problem für zweistufige Quantensysteme - der schnellste Weg zwischen zwei Quantenzuständen - ist schon lange bekannt. Diese Lösungen sind jedoch im Allgemeinen nicht auf größere Quantensysteme anwendbar. In Phys. Rev. X 11, 011035 (2021) demonstrieren wir experimentell einen Quantenprozess kürzester Dauer, der sich grundsätzlich nicht auf eine Zwei-Niveau-Dynamik reduzieren lässt.

Wir führen einen schnellen kohärenten Transport eines atomaren Wellenpakets über eine Strecke von 15-facher Länge mit einem optischen Förderband durch. Unsere Messungen der Transporttreue lösen den Übergang von einem quantenkontrollierbaren zu einem nicht-quantenkontrollierbaren Prozess scharf auf, wenn die Zeit verkürzt wird, und enthüllen so die Existenz einer minimalen Dauer - einer Quantengeschwindigkeitsgrenze. Basierend auf einem geometrischen Ansatz zur Quantenzustandsdynamik liefern wir eine untere Schranke für die minimale Prozessdauer jenseits des Zwei-Ebenen-System-Paradigmas.

Diese Ergebnisse werfen ein Licht auf eine fundamentale Geschwindigkeitsgrenze der Quantenzustandsdynamik. Die Identifizierung von Quantenprozessen mit kürzester Dauer ist wichtig für Quantensensorik und Quantencomputer.

Wir freuen uns, dass Professor Nir Davidson vom Weizmann Institut of Science unsere Gruppe für sechs Wochen besucht. Wir danken der Alexander von Humboldt-Stiftung für die großzügige Unterstützung.

Die Forschungsarbeit von Dr. Andrea Alberti wurde mit dem Rudolf-Kaiser-Preis 2017 ausgezeichnet. Seit 1989 wird der Preis von der Rudolf-Kaiser-Stiftung jährlich einem Nachwuchswissenschaftler für herausragende Leistungen im Bereich der Experimentalphysik vergeben. Der 1923 in Nürnberg geborene Stifter war mehrere Jahre Vorsitzender Richter am Bundespatentgericht, bevor er sich 1979 im Bereich der Experimentalphysik an der TU München habilitierte und sich der Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses widmete.

Dieses Jahr wird die Verleihung am 20. April 2018 im Rahmen des Physikalischen Kolloquiums der Universität Bonn gefeiert. Alle Kollegen und Freunden der Universität Bonn sind herzlich zu dieser Veranstaltung eingeladen (siehe das Programm).

Die Promotionsarbeit von Dr. Carsten Robens wurde von dem BMBF den Preis Quantum Futur-Award für die beste Dissertation im Bereich von Quantentechnologien ausgezeichnet. Mit seiner Promotionsarbeit, die im February 2017 verteidigt wurde, ist es Carsten Robens gelungen, den Stand der Forschung auf dem Weg zum Quantencomputer mit neutralen Atomen ein Stück weit voranzubringen. Das Kernstück seiner Arbeit ist eine neue Methode, die einzelne Atome abhängig von ihrem internen Zustand transportiert und dadurch eine bisher beispiellose Kontrolle über die Position von Atomen in sogenannten polarisationssynthetisierten optischen Gittern ermöglicht. Die Preis wurde am 22. März in einer öffentlichen Festveranstaltung an der Universität Stuttgart im Rahmen der Quantum Futur-Akademie überreicht (für mehr Details siehe den Link).