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Schon lange wird Licht dazu verwendet, um die molekulare Struktur und Zusammensetzung von Materie zu analysieren. Dazu wird eine Probe beispielsweise mit Licht bestrahlt und gemessen, welche Wellenlängen die Probe absorbiert. Denn jedes Molekül "schluckt" abhängig von seiner Struktur nur ganz bestimmte Wellenlängen. Das dabei entstehende Absorptionsspektrum gibt wie ein molekularer Fingerabdruck Auskunft über die Zusammensetzung der Probe.
Allerdings ist dieses Signal bei einzelnen Molekülen verschwindend gering und kann meistens nicht erkannt werden. Mit Quantencomputer-Techniken ist es dem Team um Philipp Schindler vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck nun gelungen, das Absorptionsspektrum eines einzelnen elektrisch geladenen Moleküls (Calciumhydroxid) zu messen.
Sie verwenden dazu eine fundamentale Eigenschaft einzelner Lichtteilchen: ihren Impuls. Sobald das Molekül ein einzelnes Infrarot-Lichtteilchen absorbiert, wird dessen Impuls aufgrund der Impulserhaltung an das Molekül übertragen. Dieser Rückstoß ist üblicherweise viel zu klein, um direkt gemessen zu werden.
Der Nachweis des Impulsübertrags gelang dem Forschungsteam mithilfe eines speziell angepassten Quantenzustands, der mit Quantencomputer-Techniken erzeugt werden kann. Das zu messende Molekül wird zusammen mit einem Atom in einer Falle gefangen und quantenmechanisch verschränkt. Durch das quantenphysikalische Phänomen der Verschränkung wird das von den beiden Teilchen gebildete System extrem empfindlich für kleinste Störungen und der winzige Impuls wird indirekt messbar gemacht, indem der Zustand des Atoms ausgelesen wird.
Ein wichtiger Vorteil der Methode ist, dass sie zerstörungsfrei abläuft. Das Molekül wird während der Untersuchung weder zerstört noch chemisch verändert. Dies eröffne den Weg zur präzisen Spektroskopie komplexer Moleküle und zu vielen Anwendungen in zukünftigen Quantentechnologien mit Molekülen, betonen die Forschenden.
(SERVICE - Link zur Studie: https://www.nature.com/articles/s41586-026-10915-8 )
WIEN - ÖSTERREICH: FOTO: APA/APA/FOHRINGER/THEMENBILD/HELMUT FOHRINGER
