量子系统实现了源自纳米结构世界的非常独特的物质状态。它们促进了各种新技术的应用，例如有助于安全数据加密，引入更小更快的技术设备，甚至使量子计算机的发展成为可能。在未来，这样的计算机可以解决传统计算机根本无法解决或只能在很长一段时间内解决的问题。

不寻常的量子现象是如何产生的，人们还远未完全了解。为了阐明这一点，波恩大学物质与光量子计算卓越集群的Michael教授Köhl领导的一个物理学家团队正在使用所谓的量子模拟器，模拟几个量子粒子的相互作用-这是传统方法无法做到的。即使是最先进的计算机模型也无法精确地计算出诸如磁和电这样的复杂过程。

超冷原子模拟固体

科学家们使用的模拟器由超冷原子组成——超冷是因为它们的温度只比绝对零度高百万分之一度。原子通过激光和磁场冷却下来。原子位于光晶格中，即由叠加激光束形成的驻波中。通过这种方式，原子可以模拟固态中电子的行为。这个实验装置允许科学家们在没有外部修改的情况下进行各种各样的实验。

在量子模拟器中，科学家们第一次成功地测量了晶格中两个耦合层的磁相关性。“通过这种耦合的强度，我们能够将磁性形成的方向旋转90度，而不会以任何其他方式改变材料，”迈克尔Köhl研究小组的博士生Nicola Wurz和Marcell Gall解释说。

为了研究原子在光学晶格中的分布，物理学家们使用了高分辨率显微镜来测量各个晶格层之间的磁相关性。通过这种方式，他们研究了磁序，即模拟固体中原子磁矩的相互排列。他们观察到层与层之间的磁性顺序与单层内的原始顺序相竞争，并得出结论:层之间的耦合越强，层与层之间形成的相关性就越强。同时，各层之间的相关性降低。

这一新结果使得在微观水平上更好地理解耦合层系统中的磁性传播成为可能。在未来，这些发现将有助于预测材料特性，实现固体的新功能等。例如，由于高温超导性与磁耦合密切相关，从长远来看，新的发现可能有助于基于这种超导体的新技术的发展。

量子计算的物质和光(ML4Q)卓越集群

量子计算的物质和光(ML4Q)卓越集群是由科隆大学、亚琛大学和波恩大学以及德国科学研究中心(Forschungszentrum j lich)合作开展的研究项目。它是德国联邦和州政府卓越战略的一部分。ML4Q的目标是利用量子力学原理开发新的计算和网络架构。ML4Q建立并扩展了三个关键研究领域的互补专业知识:固态物理，量子光学和量子信息科学。

卓越集群嵌入波恩大学的跨学科研究领域“物质和基本相互作用的构建块”。在六个不同的研究小组中，来自各个院系和学科的科学家聚集在一起，就与未来相关的研究课题开展工作。