Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein einzelnes Atom als Lichtschalter

05.11.2013
Mit einem einzigen Atom kann man an der TU Wien das Licht zwischen Glasfaserkabeln hin und her schalten. So lassen sich Quantenphänomene für Informations- und Kommunikationstechnik nutzen.

Glasfaserkabel werden zum Quantenlabor: Möglichst klein möchte man optische Schalter bauen, um Licht manipulieren zu können. An der TU Wien gelang das mit einem einzigen Atom. Ganz alltägliche Glasfasern, wie sie heute für die Internet-Datenübertragung verwendet werden, können dadurch nun über winzige Quantensysteme miteinander verschaltet werden.


Der Quanten-Lichtschalter: Er kann beide möglichen Zustände gleichzeitig einnehmen.
TU Wien


Licht in der Flasche: Eine bauchig geformte Glasfaser, an der Licht im Kreis läuft.
TU Wien

Licht in der Flasche

Laserlicht wird von Prof. Arno Rauschenbeutel und seinem Team an der TU Wien in sogenannte „Flaschen-Resonatoren“ abgefüllt – bauchig geformte Glasobjekte, an deren Oberfläche das Licht im Kreis läuft. Bringt man einen solchen Resonator in die Nähe einer lichtleitenden Glasfaser, dann koppeln die beiden Systeme aneinander und Licht kann von der Glasfaser in den Flaschen-Resonator wechseln.

„Wenn der Umfang des Resonators genau zur Wellenlänge des Lichts passt, kann man sogar erreichen, dass das gesamte Licht vom Glasfaserkabel in den Resonator übertritt – und von dort kann man es dann wiederum in eine zweite Glasfaser weiterleiten“, sagt Arno Rauschenbeutel.

Rubidiumatom als Schalter

Dieses Gesamtsystem aus Eingangsglasfaser, Flaschenresonator und Ausgangsglasfaser ist allerdings höchst empfindlich: „Wenn man nur ein einziges Rubidiumatom mit dem Resonator in Kontakt bringt, kann sich das Verhalten dramatisch ändern“, erklärt Rauschenbeutel. Wenn das Licht genau auf das Atom abgestimmt ist, lässt sich sogar erreichen, dass das Licht gar nicht erst in den Flaschenresonator eindringt und in der ursprünglichen Glasfaser weiterwandert anstatt in die Ausgangsglasfaser überzuwechseln. Das Atom wirkt also als Schalter, der festlegt, in welcher Glasfaser das Licht geleitet wird.

Beide Möglichkeiten gleichzeitig: Der Quanten-Lichtschalter

In einem nächsten Schritt wollen die Physiker ausnutzen, dass das Rubidiumatom sich in unterschiedlichen Quantenzuständen befinden kann, wobei nur einer dieser Zustände mit dem Resonator wechselwirkt. Befindet sich das Atom im anderen Zustand verhält sich das Licht so, als wäre das Atom gar nicht da. Je nach Zustand des Atoms wird das Licht also entweder in das eine oder in das andere Glasfaserkabel geschickt. Nun kann man sich eine bemerkenswerten Eigenschaften der Quantenphysik zu Nutze machen: „In der Quantenphysik ist es möglich, dass Objekte verschiedene Zustände gleichzeitig annehmen“, sagt Arno Rauschenbeutel. Man kann also das Atom so präparieren, dass es sich gleichzeitig in beiden Schaltzuständen befindet. Dementsprechend liegen in jedem der beiden Glasfaserkabel auch die Zustände „Licht“ und „kein Licht“ gleichzeitig vor.

Was für den klassischen Lichtschalter zu Hause völlig undenkbar wäre, ist für einen „Quanten-Lichtschalter“ also kein Problem. „Spannend ist es nun, zu überprüfen, ob solche Überlagerungen auch mir stärkeren Lichtpulsen möglich sind – irgendwo müssen wir hier auf einen Übergang zwischen Quantenphysik und klassischer Physik stoßen“, meint Rauschenbeutel.

Für Quanteninformation und Quantenkommunikation ist der optische Schalter ein sehr mächtiges neues Werkzeug. „Wir planen, ganz gezielt Quanten-Verschränkungen zwischen Licht und Materie herstellen“, sagt Arno Rauschenbeutel, „und das nicht mit einem exotischen Gerät, das es nur im Labor gibt, sondern mit ganz normalen Glasfasern, wie sie schon heute für die Kommunikation verwendet werden.“

Abstract:
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v111/i19/e193601
Original Paper:
http://physics.aps.org/featured-article-pdf/10.1103/PhysRevLett.111.193601
Bilderdownload: http://www.tuwien.ac.at/dle/pr/aktuelles/downloads/2013/lichtschalter/
Rückfragehinweis:
Prof. Arno Rauschenbeutel
Atominstitut
Vienna Center for Quantum Science and Technology
Technische Universität Wien
Stadionallee 2, 1020 Wien
T: +43-1-58801-141761
arno.rauschenbeutel@tuwien.ac.at
Aussender:
Dr. Florian Aigner
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Technische Universität Wien
Operngasse 11, 1040 Wien
T: +43-1-58801-41027
florian.aigner@tuwien.ac.at

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht MADMAX: Ein neues Experiment zur Erforschung der Dunklen Materie
20.10.2017 | Max-Planck-Institut für Physik

nachricht Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung
20.10.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise