Physik: Mit Quanteneffekt zur genauesten Uhr der Welt

Mit einer Kette von Atomuhren wollen Forscher die Präzision von Zeitmessung deutlich erhöhen. Die Atome darin sollen miteinander verschränkt werden. Die Uhren könnten an Bord von Satelliten die Erde umkreisen.

Klassische Wanduhr: Verschränkte Atome für hochgenaue Zeitmessung

Foto: Corbis

Cambridge - Im Rennen um die genaueste Zeitmessung haben US-Physiker eine weltumspannende Kette von Atomuhren vorgeschlagen, die quantenphysikalisch miteinander gekoppelt sind. Solch eine weltweite Quanten-Uhrenkette sei in der Lage, die Uhrzeit mit einer Präzision nahe dem fundamentalen Limit der Quantentheorie zu messen, schreiben Eric Kessler von der US-amerikanischen Harvard-Universität in Cambridge und seine Kollegen im Fachblatt "Nature Physics" .

Dieses Netzwerk könnte eine weltweite Standardzeit liefern, die für verschiedene Anwendungen wie Navigation, Forschung aber auch internationale Finanzmärkte von Nutzen sein könnte. "Wir versuchen, ein bisschen visionär zu denken", sagte Kessler der Webseite "Nature News". Das Funktionieren aller nötigen Bausteine eines solchen Netzwerkes hätten Forscher bereits demonstriert, nun wolle man sie zusammenbringen.

Optische Atomuhren gehören gegenwärtig zu den genauesten Zeitmessern. Doch auch diese besitzen winzige Abweichungen. Ihre Genauigkeit ließe sich verbessern, wenn ein Teil der Atome jeder Uhr in einem weltweiten Netzwerk mit Atomen anderer Uhren quantenmechanisch verschränkt würde, schreiben die Physiker. Auf diese Weise stabilisieren sich die Uhren gegenseitig.

Netzwerk aus fliegenden Atomuhren

"Stellen Sie sich zehn Satelliten vor, die die Erde umkreisen", erklärt Kessler. Jeder habe eine Atomuhr an Bord. Ein Satellit fungiere als Netzwerkzentrum. Zuerst würden die Atome in dessen Uhr miteinander verschränkt, anschließend würde man die Verschränkung auf die anderen Atomuhren ausweiten.

Ein solches Netzwerk wäre auch quantenphysikalisch geschützt vor Ausfällen und externen Angriffen, so dass selbst bei Nichtfunktionieren einer oder mehrerer Uhren die Zeitmessung nicht beeinträchtigt würde. Deshalb ließe sich so eine hochpräzise Weltuhr aufbauen, meinen die Forscher.

Die Verschränkung von Teilchen  wurde schon vielfach im Labor durchgeführt. Dabei besitzen die miteinander verschränkten Teilchen identische Quanteneigenschaften. Die Verschränkung würde das Rauschen bei Messungen verringern und so die Genauigkeit der Atomuhren erhöhen, schreiben die Forscher. "Die Uhren verhalten sich so, als bestünden sie aus einem einzelnen großen Pendel, das eine höhere Präzision hat", sagt Kessler.

Bis die hochgenaue Weltzeituhr aber tatsächlich Realität ist, bleibt noch viel zu tun. "Kein Zweifel, das ist ein sehr futuristischer Vorschlag", räumt Kessler ein. "Der Weg ist noch sehr weit."

hda/dpa