Letztes Update am Di, 21.05.2019 06:19

APAOnlineticker / Tiroler Tageszeitung Onlineausgabe


Anleitung zum Einfangen einzelner Photonen



Wien (APA) - Quantencomputer müssen, wenn sie mit Photonen arbeiten, in der Lage sein, einzelne dieser Lichtteilchen zu speichern und bei Bedarf wieder freizusetzen. Um dieses schwierige Unterfangen zu realisieren, hat eine internationale Forschungskooperation unter Beteiligung der Technischen Universität (TU) Wien nun im Fachjournal „Physical Review Letters“ ein neues, theoretische Konzept vorgestellt.

Es sind höchst merkwürdige Phänomene, die im Zentrum der neuen Arbeit stehen: „Bound States in the Continuum“ (BIC), also gebundene Zustände im Kontinuum. Bereits vor 90 Jahren erstmals vorhergesagt beschreiben sie Wellen, deren Verhalten jeglicher Intuition widerspricht. BICs bleiben in einem System gefangen („gebunden“), obwohl ihnen Wege offen stehen würden, dieses zu verlassen.

Während BICs auch bereits für klassische Schwingungen wie Schall- oder Wasserwellen realisiert worden sind, schlagen die Forscher in ihrer aktuellen Studie vor, den Effekt zum Einfangen einzelner Photonen zu nutzen. Ihren Berechnungen zufolge könnte ein Lichtteilchen etwa zwischen einem Atom und einem Spiegel oder zwischen zwei Atomen in einer Glasfaser eingesperrt werden.

„Wichtig dabei ist, dass es sich um ein eindimensionales System handelt, in dem sich das Photon nur vor und zurück bewegen kann“, erklärt der Erstautor der Studie, Giuseppe Calajo, der im Rahmen seiner Doktorarbeit am Atominstitut der Technischen Universität Wien an dem Projekt mitgearbeitet hat, gegenüber der APA. „Dadurch ergeben sich völlig andere Wechselwirkungen als in drei Dimensionen.“

Während bisherige Ansätze die Distanz, entlang der sich das Photon vor und zurück bewegt, möglichst gering gehalten und die dafür benötigte Zeit der Einfachheit halber vernachlässigt haben, ist für Calajo und seine Kollegen diese Zeitverzögerung der entscheidende Faktor. „Das ist das neue daran“, sagt der Physiker, der mittlerweile am Institut de Ciencies Fotoniques (ICFO) des Barcelona Institute of Science and Technology forscht. „Es ist sozusagen der Trick, der das Einfangen und Speichern erst ermöglicht.“

Neben der Speicherung kann die Methode auch dazu verwendet werden, zwei über eine Glasfaser verbunden Atome quantenmechanisch miteinander zu verschränken. Ebenso wie die Speicherung von Photonen ist auch die Verschränkung von Atomen ein wesentliche Bestandteil aktueller und zukünftiger Quantentechnologien.

„Als nächstes wollen wir versuchen, unser System auf mehr als zwei Teilchen auszuweiten“, sagt Calajo. Das wäre zwar zunächst von rein akademischem Interesse und könnte etwa neue, exotische Zustände des Lichts aufdecken. „Es hat sich aber gezeigt, dass derartige Erkenntnisse oft sehr schnell zu neuen Anwendungen in Quantentechnologien führen“, so der Forscher.

(SERVICE - Internet: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.073601)




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