Hören Sie, wie Quantenatome miteinander sprechen
Forschende der EPFL haben ein akustisches Metamaterial entwickelt, das Quantenphänomene im Makromassstab modellieren kann und das ohne deren fragile Eigenschaften zu zerstören. Das System eröffnet neue Perspektiven für die Materialforschung, medizinische Anwendungen und für eine alternative Form des Quantencomputings.
In den Laboren der EPFL in Lausanne entsteht derzeit ein wissenschaftlicher Meilenstein. Ein akustisches System, das es erlaubt, Quantenphänomene auf einer hörbaren, makroskopischen Ebene zu simulieren. Entwickelt wurde es vom Doktoranden Mathieu Padlewski gemeinsam mit den Forschern Hervé Lissek und Romain Fleury. Ziel ist es, die hochkomplexen Zustände kondensierter Materie zugänglich zu machen, nicht über Elektronen, sondern über Schallwellen.
Metamaterial als Forschungsplattform
Das System basiert auf einem sogenannten akustischen Metamaterial, einer künstlichen Struktur, die sich aus 16 miteinander verbundenen Würfeln zusammensetzt. Über integrierte Lautsprecher und Mikrofone erzeugen und messen die Forschenden gezielt Schallwellen. Diese «akustischen Atome» lassen sich flexibel konfigurieren, um verschiedenste physikalische Phänomene zu modellieren, auch solche, die jenseits der klassischen Festkörperphysik liegen.
Schrödingers Katze wird hörbar
Im Gegensatz zu realen Quantenwellen, die durch jede Messung zerstört werden, können akustische Wellen direkt beobachtet und analysiert werden. Dadurch wird das Quantenkonzept der Überlagerung, symbolisiert durch Schrödingers Katze, im Klang erfahrbar. So wie eine Stimme gleichzeitig aus Grundfrequenz und Oberschwingungen besteht, kann das EPFL-System viele «akustische Zustände» gleichzeitig hör- und messbar machen.
Von der Physik zur Anwendung
Die potenziellen Anwendungsfelder reichen von der Entwicklung neuartiger Energieleitsysteme bis zur medizinischen Diagnostik. Das Metamaterial könnte, ähnlich dem menschlichen Innenohr, auf bestimmte Frequenzen abgestimmt werden. Ein möglicher Weg zur Erforschung von Hörstörungen wie Tinnitus. Noch ambitionierter ist das Fernziel eines «akustischen Analogcomputers», der inspiriert vom Quantencomputing , Informationen in überlagerten Zuständen verarbeiten könnte, ohne deren Zerfall zu riskieren.
Standort Schweiz als Innovationsmotor
Diese Forschung verdeutlicht die Rolle der Schweiz als führender Standort für disruptive Wissenschaft. Die Verbindung von Grundlagenphysik, Technik und Anwendungsvisionen zeigt eindrücklich, welches Potenzial in interdisziplinärer Forschung steckt. Für Investorinnen, Entwickler und Innovationsförderer ergeben sich neue Möglichkeiten, akustische Technologien als skalierbare Alternativen im Bereich Computing, Sensorik und Materialtechnik zu etablieren.