Zwei Durchbrüche bei Quantenflüssigkeiten verändern den Blick auf Superfluidität

Die Methode heißt Sagnac-Phononeninterferometrie. Dabei wird gemessen, wie sich Schallwellen – in diesem Zusammenhang Phononen – durch ein rotierendes Superfluid bewegen. Das Grundprinzip ähnelt dem Doppler-Effekt: So wie sich die Tonhöhe einer vorbeifahrenden Sirene verändert, verschiebt die Rotation des Superfluids die Phase der Schallwellen. Aus dieser Verschiebung lässt sich der Drehimpuls des Systems ableiten , .

Was die Methode verrät

• Cooper-Paare: Fermionen können sich unter bestimmten Bedingungen zu Cooper-Paaren verbinden. Diese Paarbildung bildet die Grundlage der Fermionen-Superfluidität und steht auch mit der Supraleitung in bestimmten Materialien in Verbindung. Über die Schallausbreitung können Forschende nun Rückschlüsse auf diesen bislang schwer direkt zugänglichen Mechanismus ziehen .
• Quantisierte Zirkulation: Die Interferometrie eröffnet einen neuen Zugang zu quantisierten Wirbeln und zur Quantisierung der Zirkulation – einem charakteristischen Merkmal fermionischer Superfluide . Nach Angaben zur Studie wurde eine solche quantisierte Zirkulation erstmals mithilfe von Schall in einem stark korrelierten fermionischen System nachgewiesen.

Damit wird Schall zu einem Diagnosewerkzeug für Quantenmaterie: Er kann Eigenschaften offenlegen, die sich mit herkömmlichen Messverfahren nur schwer untersuchen lassen .

Anomales Tunneln aus dem cloudbasierten Labor

Die zweite Studie erschien am 31. Juli 2026 in Communications Physics. Die theoretischen Physiker Ippei Danshita von der Kindai-Universität und Daichi Kagamihara von der Chuo-Universität nutzten dafür Oqtant, eine von Infleqtion bereitgestellte, über die Cloud zugängliche Plattform für Experimente mit Bose-Einstein-Kondensaten (BECs) , . Es handelt sich um das erste begutachtete Forschungsergebnis, das mit der Oqtant-Plattform erzielt wurde .

Ein Bose-Einstein-Kondensat ist ein ultrakaltes Quantensystem, in dem sich viele Atome kollektiv wie ein einziger quantenmechanischer Zustand verhalten. Genau diese kollektive Bewegung war für die Untersuchung entscheidend.

Warum das Tunneln „anomale“ Eigenschaften hat

Beim gewöhnlichen Quantentunneln sinkt die Wahrscheinlichkeit, dass ein Teilchen eine Barriere durchquert, wenn seine Energie abnimmt. Beim anomalen Tunneln in einem BEC ist es umgekehrt: Niederenergetische Schallwellen beziehungsweise kollektive Anregungen können selbst hohe Barrieren nahezu vollständig passieren. Bei null Energie nähert sich die Transmissionswahrscheinlichkeit dem Wert eins .

Die aus der Cloud durchgeführten Beobachtungen stimmten mit den theoretischen Vorhersagen überein und bestätigten diesen kontraintuitiven Effekt erstmals experimentell . Die Bedeutung reicht über Bose-Einstein-Kondensate hinaus: Anomales Tunneln wird auch in anderen Systemen, etwa in bestimmten magnetischen Materialien, vorhergesagt .

Was die Cloud für die Quantenforschung verändert

Ultrakalte-Atom-Experimente erfordern traditionell hochspezialisierte Anlagen und jahrelange Erfahrung in deren Aufbau und Betrieb. Für theoretische Physiker war es dadurch schwierig, eigene experimentelle Überprüfungen ihrer Modelle durchzuführen .

Oqtant verschiebt diese Grenze: Das Forschungsteam konnte ein Experiment entwerfen und die BEC-Anlage über das Internet steuern, ohne selbst die entsprechende Laborinfrastruktur zu besitzen , . Nach Einschätzung der beteiligten Forschenden könnte dieser Ansatz die Möglichkeiten theoretischer Physiker deutlich erweitern und als Impuls dafür dienen, weitere hochmoderne Experimentieranlagen über die Cloud zugänglich zu machen .

Das erinnert an cloudbasierte Angebote für Quantencomputer, wie sie unter anderem von IBM und Google bereitgestellt werden. Der Unterschied: Hier wird nicht nur Rechenleistung aus der Ferne genutzt, sondern ein reales, komplexes Quantensystem.

Zwei Experimente, ein gemeinsamer Trend

Die beiden Arbeiten verfolgen unterschiedliche Ziele. Die eine „hört“ mit Phononen in ein fermionisches Superfluid hinein und liefert Hinweise auf Cooper-Paarung sowie quantisierte Zirkulation. Die andere nutzt ein per Cloud erreichbares BEC-Labor, um anomales Tunneln und seine Auswirkungen auf kollektive Anregungen zu untersuchen.

Gemeinsam zeigen sie, dass Fortschritte in der Quantenphysik heute auf zwei Ebenen entstehen: durch neue Messideen – etwa Schall als Sonde – und durch neue Zugangsmodelle, die aufwendige Experimentierplattformen einer größeren Forschungsgemeinschaft öffnen.