Forscher der Chalmers University of Technology in Schweden haben theoretisch ein neuartiges Quantensystem entwickelt, das auf dem Konzept der „Riesensuperatome“ (giant superatoms) basiert. Dieses hybride System kombiniert Eigenschaften von „Riesenatomen“ und „Superatomen“, um Dekohärenz stark zu unterdrücken, Quanteninformation stabil zu halten und Verschränkung effizient über größere Distanzen zu verteilen. Die Arbeit gilt als wichtiger Schritt hin zu robusten, skalierbaren Quantencomputern.
Quantencomputer versprechen Durchbrüche bei komplexen Problemen etwa in der Wirkstoffentwicklung oder Kryptographie, stoßen jedoch an fundamentale Grenzen durch Dekohärenz: Selbst minimale Umwelteinflüsse wie elektromagnetisches Rauschen zerstören die empfindlichen Quantenzustände. Das neue Konzept adressiert dies, indem es mehrere künstliche Quantenstrukturen kollektiv agieren lässt.
Riesenatome, ein Begriff, den Chalmers-Forscher vor über zehn Jahren prägten, sind künstliche Strukturen (meist Qubits), die über räumlich getrennte Kopplungspunkte mit Licht- oder Schallwellen interagieren. Wellen, die an einem Punkt austreten, können zurückkehren und das System erneut beeinflussen – ein quantenmechanischer „Echo“-Effekt, der Dekohärenz reduziert und eine Art Gedächtnis erzeugt.
Superatome hingegen bestehen aus mehreren natürlichen Atomen, die einen gemeinsamen Quantenzustand teilen und kollektiv wie ein einziges größeres Atom wirken. Die Chalmers-Theorie vereint beide Ansätze: Ein Riesensuperatom besteht aus mehreren Riesenatomen, die als kohärente Einheit agieren. Dadurch können Quantenzustände innerhalb einer Einheit gespeichert und gesteuert werden, ohne dass die umgebende Hardware immer komplexer werden muss.
„Riesensuperatome ermöglichen eine nicht-lokale Wechselwirkung zwischen Licht und Materie“, erläutert Erstautor Lei Du. „Sie erlauben es, Quanteninformation aus mehreren Qubits in einer Struktur zu kontrollieren und Verschränkung zu erzeugen oder zu transferieren – Prozesse, die bisher extrem schwierig oder unmöglich waren.“
Die Studie beschreibt zwei Kopplungsmodi: Bei enger Kopplung übertragen Riesensuperatome Quantenzustände verlustfrei untereinander; bei räumlich getrennter, phasengerechter Anordnung können Quantensignale gerichtet übertragen werden, was Verschränkung über große Distanzen ermöglicht. Dies eröffnet Perspektiven für Quantennetzwerke, Quantenkommunikation und ultrasensible Sensoren.
Die theoretische Arbeit wurde am 19. Februar 2026 in Physical Review Letters veröffentlicht. Beteiligt waren Lei Du, Anton Frisk Kockum und Janine Splettstoesser (Chalmers) sowie Xin Wang (Xi’an Jiaotong University). Finanziert wurde das Projekt unter anderem durch die Schwedische Strategieforschungsstiftung, das EU-Programm Horizon Europe, die Knut-und-Alice-Wallenberg-Stiftung sowie die National Natural Science Foundation of China.
Die Forscher planen nun den Übergang von der Theorie zur experimentellen Realisierung. Das Konzept könnte als Baustein in hybriden Quantensystemen dienen, bei denen unterschiedliche Plattformen ihre jeweiligen Stärken kombinieren. „Intelligentes Design reduziert den Bedarf an immer komplexerer Hardware“, betont Frisk Kockum. „Riesensuperatome bringen uns der praktisch nutzbaren Quantentechnologie einen entscheidenden Schritt näher.“
