Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Photonendoppelgänger in Diamant hergestellt: Identische Lichtteilchen hilfreich für Quantencomputer

28.08.2014

Ulmer Forscher um Professor Fedor Jelezko haben erstmals Silizium-Fehlstellenzentren in künstlich hergestellten Diamanten für die Produktion identischer Photonen genutzt. Diese besonderen Diamanten sind das Resultat eines Unfalls beim Kristallzüchter der Physiker. Lichtteilchen, die sich nicht unterscheiden lassen, könnten den Weg zum leistungsfähigen Quantencomputer und zu einer sicheren Informationsübertragung ("Quantenkryptographie") ebnen.

Identische Lichtteilchen („Photonen“) könnten den Weg zum leistungsfähigen Quantencomputer und zu einer sicheren Informationsübertragung ebnen. Bisher war die Herstellung von Photonen, die sich nicht unterscheiden, jedoch nur unter schwierigsten Bedingungen möglich.


Zwei Silizium-Fehlstellenzentren im Kristallgitter eines Diamanten, die identische Photonen produzieren

Abbildung: Rogers/Uni Ulm


Dr. Lachlan Rogers (rechts) und Kay Daniel Jahnke im Labor mit einem Kühlgerät (Kryostat). Hier wurden Experimente für die aktuelle Publikation durchgeführt Foto: Rogers/Uni Ulm

Jetzt haben Ulmer Wissenschaftler um Professor Fedor Jelezko und Dr. Lachlan Rogers Silizium-Fehlstellenzentren in künstlich hergestellten Diamanten für die Produktion identischer Photonen genutzt. Diese besonderen Diamanten waren Ergebnis eines „Unfalls“ bei dem Kristallzüchter der Forscher. Der entsprechende Fachbeitrag ist in „Nature Communications“ erschienen.

Professor Fedor Jelezko, Leiter des Ulmer Instituts für Quantenoptik, gilt als ausgewiesener Experte für die Manipulation kleinster Teilchen in Festkörpern. Dabei liegt sein Schwerpunkt auf extrem reinen, künstlich hergestellten Diamanten. In ihren Kristallgittern, insbesondere mit dem Stickstoff-Fehlstellen-Zentrum, lassen sich Fremdatome kontrollieren und quantenmechanische Informationen über sie speichern. Diese Fehlstellen senden wiederum Lichtteilchen mit charakteristischen Eigenschaften aus.

Für die aktuelle Publikation haben Forscher testweise Kristalle mit Silizium-Fehlstellenzentren benutzt, die als Mängelexemplare galten: Das Plasma, aus dem die künstlichen Diamanten gezüchtet werden, war kurzzeitig zu groß geworden und hat das Glasfenster aus Siliziumoxid angelöst. So sind Silizium-Atome in das Plasma gelangt und wurden im Laufe des Diamantenwachstums als Silizium-Fehlstellen „eingebaut“.

„Tatsächlich erwiesen sich Silizium-Fehlstellenzentren als zuverlässige Emitter von einzelnen Photonen, die nicht unterscheidbar sind“, erklärt Lachlan Rogers, Wissenschaftler am Institut für Quantenoptik der Universität Ulm. Bisher habe man solche identischen Lichtteilchen in Gasen hergestellt, wobei frei bewegliche Atome kaum kontrolliert werden könnten. Lösung dieses Problems sei ihre Speicherung in Kristallgittern der Diamanten.

Lichtteilchen, die sich in Farbe und Form entsprechen, sind für mehrere „Zukunftstechnologien“ hilfreich. Die Leistungsfähigkeit des Quantencomputers, der zahlreiche Berechnungen gleichzeitig durchführen kann, beruht auf der quantenmechanischen Verschaltung so genannter Qubits. Dazu wird das Phänomen „Verschränkung“ genutzt. Solche hochempfindlichen Verschränkungen können mithilfe von „Photonendoppelgängern“ wesentlich einfacher hergestellt werden. Verschränkungen sind zudem eine wichtige Grundlage für die sichere Informationsübertragung („Quantenkryptographie“).

Weiterhin könnten Lichtteilchen, die sich zuverlässig entsprechen, bildgebende Verfahren verbessern.

„Die größte Herausforderung ist jedoch die Kühlung der Diamanten auf bis zu -270 Grad Celsius“, sagt der Mitautor Kay Daniel Jahnke. In einem nächsten Schritt gelte es außerdem, den so genannten Spin der Silizium-Fehlstellenzentren unter Kontrolle zu bringen.

„Insgesamt ist es uns erstmals gelungen, identische Photonen aus Silizium-Fehlstellenzentren zu produzieren, deren Ursprung nicht nachvollzogen werden kann“, resümiert Professor Jelezko. Damit sei die Voraussetzung für „Verschränkung“ erfüllt.

Die Arbeit der Wissenschaftler aus Ulm und Tsukuba (Japan) ist unter anderem mit Mitteln der Europäischen Union/des europäischen Forschungsrats, der Deutschen Forschungsgemeinschaft und des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt worden.

Weitere Informationen:
Kay Daniel Jahnke. Tel.: 0731/50-15705, kay.jahnke@alumni.uni-ulm.de

L. J. Rogers, K. D. Jahnke, T. Teraji, L. Marseglia, C. Müller, B. Naydenov,
H. Schauffert, C. Kranz, J. Isoya, L. P. McGuinness, and F. Jelezko: Multiple intrinsically identical single photon emitters in the solid-state. Nature Communications. DOI: 10.1038/ncomms5739

Annika Bingmann | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-ulm.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Forscher sorgen mit ungewöhnlicher Studie über Edelgase international für Aufmerksamkeit
26.06.2017 | Universität Bremen

nachricht NAWI Graz-Forschende vermessen Lichtfelder erstmals in 3D
26.06.2017 | Technische Universität Graz

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: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zu aktuellen Fragen der Stammzellforschung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Fraunhofer FKIE ist Gastgeber für internationale Experten Digitaler Mensch-Modelle

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mainzer Physiker gewinnen neue Erkenntnisse über Nanosysteme mit kugelförmigen Einschränkungen

27.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wave Trophy 2017: Doppelsieg für die beiden Teams von Phoenix Contact

27.06.2017 | Unternehmensmeldung

Warnsystem KATWARN startet international vernetzten Betrieb

27.06.2017 | Informationstechnologie