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 Einmal durchleuchtet – dreifacher Informationsgewinn
11.12.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

nachricht Stabile Quantenbits
08.12.2017 | Universität Konstanz

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: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Im Focus: Scientists channel graphene to understand filtration and ion transport into cells

Tiny pores at a cell's entryway act as miniature bouncers, letting in some electrically charged atoms--ions--but blocking others. Operating as exquisitely sensitive filters, these "ion channels" play a critical role in biological functions such as muscle contraction and the firing of brain cells.

To rapidly transport the right ions through the cell membrane, the tiny channels rely on a complex interplay between the ions and surrounding molecules,...

Im Focus: Stabile Quantenbits

Physiker aus Konstanz, Princeton und Maryland schaffen ein stabiles Quantengatter als Grundelement für den Quantencomputer

Meilenstein auf dem Weg zum Quantencomputer: Wissenschaftler der Universität Konstanz, der Princeton University sowie der University of Maryland entwickeln ein...

Im Focus: Realer Versuch statt virtuellem Experiment: Erfolgreiche Prüfung von Nanodrähten

Mit neuartigen Experimenten enträtseln Forscher des Helmholtz-Zentrums Geesthacht und der Technischen Universität Hamburg, warum winzige Metallstrukturen extrem fest sind

Ultraleichte und zugleich extrem feste Werkstoffe – poröse Nanomaterialien aus Metall versprechen hochinteressante Anwendungen unter anderem für künftige...

Im Focus: Geburtshelfer und Wegweiser für Photonen

Gezielt Photonen erzeugen und ihren Weg kontrollieren: Das sollte mit einem neuen Design gelingen, das Würzburger Physiker für optische Antennen erarbeitet haben.

Atome und Moleküle können dazu gebracht werden, Lichtteilchen (Photonen) auszusenden. Dieser Vorgang verläuft aber ohne äußeren Eingriff ineffizient und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

Hohe Heilungschancen bei Lymphomen im Kindesalter

07.12.2017 | Veranstaltungen

Der Roboter im Pflegeheim – bald Wirklichkeit?

05.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Goldmedaille für die praktischen Ergebnisse der Forschungsarbeit bei Nutricard

11.12.2017 | Unternehmensmeldung

Nachwuchs knackt Nüsse - Azubis der Friedhelm Loh Group für Projekte prämiert

11.12.2017 | Unternehmensmeldung

Mit 3D-Zellkulturen gegen Krebsresistenzen

11.12.2017 | Medizin Gesundheit