Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Physiker gewinnen neue Erkenntnisse zur Informationsspeicherung in Quantensystemen

09.09.2014

Saarbrücker Physiker um Jürgen Eschner, Professor für Quanten-Photonik, haben neue Erkenntnisse darüber gewonnen, wie eine Information in einem Atom gespeichert werden kann.

Das Atom, das mit Licht angeregt wird, gelangt in einen quantenmechanischen Überlagerungszustand, nimmt also zwei Zustände gleichzeitig ein. Gibt es seine Anregung in Form eines Lichtteilchens wieder ab, entstehen so genannte Schwebungen. Deren Kontrolle ist Voraussetzung für eine zuverlässige Informationsspeicherung. Ihre Erkenntnisse haben die Physiker in der Fachzeitschrift „Physical Review A“ veröffentlicht und eine „Editor’s suggestion“ erhalten. Diese Empfehlung erhalten nur die einflussreichsten Artikel.

In der Zukunft werden Daten mit hoher Wahrscheinlichkeit in einzelnen Teilchen – Atomen, Elektronen – gespeichert und mit einzelnen Lichtteilchen – Photonen – übertragen. Die Grundlagen dieser Art der Datenspeicherung erforschen Physiker der Arbeitsgruppe Quanten-Photonik um Jürgen Eschner, Professor für Experimentalphysik an der Saar-Uni. Ihnen ist es in einer wegweisenden Arbeit nun gelungen herauszufinden, wie das Abspeichern von Informationen mit einem einzelnen Atom und einem einzelnen Photon möglichst gut gelingen kann.

Michael Schug (Erstautor), Christoph Kurz und Pascal Eich sowie weitere Experimentalphysiker der Saar-Uni haben in einem Versuch ein einzelnes Kalziumatom mit Licht angeregt, so dass es zwei energetisch höhere Zustände gleichzeitig einnimmt. Das Elektron gelangt also in einen quantenmechanischen Überlagerungszustand, in welchem Information gespeichert ist. Im weiteren Verlauf des Experiments zerfallen die Zustände und geben ein Lichtteilchen als Welle wieder ab.

Weil aber die beiden Wellen aus dem Überlagerungszustand in minimal unterschiedlichen Frequenzen schwingen, erzeugen sie eine Schwebung, die die Physiker Quantenschwebung nennen. „Diese Differenz zwischen den einzelnen Frequenzen messen wir“, erklärt Michael Schug. „Vergleichbar ist das mit einer Stimmgabel: Tippe ich zwei Stimmgabeln gleichzeitig an, schwingt die eine mit 400 Hertz, die andere vielleicht mit 405 Hertz. Da hören wir in den einzelnen Tönen keinen Unterschied.

Die Differenz beträgt jedoch nur fünf Hertz, so dass sich beide Frequenzen fünfmal pro Sekunde überlagern. Diese Überlagerung heißt nichts anderes, als dass der Ton fünfmal in der Sekunde lauter und wieder leiser zu hören ist. Genau diese langsame Differenz messen wir nun beim Zerfall der Zustände, die mit Licht angeregt wurden“, erklärt Christoph Kurz die Arbeit.

In dem neuen Experiment konnte nun gezeigt werden, dass es zwei unterschiedliche Mechanismen für Quantenschwebungen gibt, die entweder durch die Lichtanregung oder durch den Zerfall zustande kommen können. Den Physikern ist gelungen, diese Mechanismen zu identifizieren und zu kontrollieren. Diese Kontrolle wiederum ist Voraussetzung dafür, die im Überlagerungszustand gespeicherte Information zuverlässig wieder zurückzugewinnen und sie mit dem Lichtteilchen an ein anderes Quantensystem zu übertragen. Diese Erkenntnisse sind grundlegend für die Entwicklung künftiger Informationstechnologien, die auf den Prinzipien der Quantenphysik beruhen.

Den Aufsatz „Quantum interference in the absorption and emission of single photons by a single ion” finden Sie hier: https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.90.023829.

Weitere Informationen:
Michael Schug
Tel.: (0681) 30270378
E-Mail: schug@physik.uni-saarland.de

Christian Kurz
Tel.: (0681) 30270378
E-Mail: c.kurz@physik.uni-saarland.de

Weitere Informationen:

https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.90.023829

Thorsten Mohr | Universität des Saarlandes
Weitere Informationen:
http://www.uni-saarland.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Seltsames Verhalten eines Sterns offenbart Schwarzes Loch, das sich in riesigem Sternhaufen verbirgt
17.01.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien
17.01.2018 | Universität des Saarlandes

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: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Im Focus: Scientists decipher key principle behind reaction of metalloenzymes

So-called pre-distorted states accelerate photochemical reactions too

What enables electrons to be transferred swiftly, for example during photosynthesis? An interdisciplinary team of researchers has worked out the details of how...

Im Focus: Erstmalige präzise Messung der effektiven Ladung eines einzelnen Moleküls

Zum ersten Mal ist es Forschenden gelungen, die effektive elektrische Ladung eines einzelnen Moleküls in Lösung präzise zu messen. Dieser fundamentale Fortschritt einer vom SNF unterstützten Professorin könnte den Weg für die Entwicklung neuartiger medizinischer Diagnosegeräte ebnen.

Die elektrische Ladung ist eine der Kerneigenschaften, mit denen Moleküle miteinander in Wechselwirkung treten. Das Leben selber wäre ohne diese Eigenschaft...

Im Focus: The first precise measurement of a single molecule's effective charge

For the first time, scientists have precisely measured the effective electrical charge of a single molecule in solution. This fundamental insight of an SNSF Professor could also pave the way for future medical diagnostics.

Electrical charge is one of the key properties that allows molecules to interact. Life itself depends on this phenomenon: many biological processes involve...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - März 2018

17.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Optimierter Einsatz magnetischer Bauteile - Seminar „Magnettechnik Magnetwerkstoffe“

18.01.2018 | Seminare Workshops

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Perowskit-Solarzellen: mesoporöse Zwischenschicht mildert Einfluss von Defekten

18.01.2018 | Energie und Elektrotechnik