Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Saarbrücker Physiker entwickeln hocheffizienten Mikrowellen-Detektor für Quantencomputer

19.09.2012
Die Quantenforschung nutzt zur Übertragung von Informationen nicht nur Photonen des sichtbaren Lichts, sondern zunehmend auch Teilchen von Mikrowellenstrahlung. Sie sind etwa für Prozessoren von Quantencomputern von Bedeutung. Physikern der Universität des Saarlandes ist es nun erstmals gelungen, einen Photodetektor für Mikrowellen zu entwickeln, der mit nahezu hundertprozentiger Effizienz arbeitet. Die wissenschaftliche Arbeit wurde jetzt in „Physical Review A“ publiziert.

Die Quantenkommunikation nutzt einzelne Lichtteilchen, um Informationen zu übertragen. Dabei werden die Lichtteilchen von Photodetektoren in elektrische Signale umgewandelt. Die physikalische Messgrenze der Strahlungsmessung ist dann erreicht, wenn einzelne Photonen, also unteilbare Einheiten der Strahlung, detektiert werden können. Bisher setzte man hierzu meist Photonen im Bereich des sichtbaren Lichts ein.


Der neue Mikrowellen-Photodetektor.
Foto: Robert McDermott

Seit einigen Jahren nutzen Wissenschaftler aber auch Photonen mit Mikrowellenstrahlung mit Frequenzen, wie sie etwa beim Handy vorkommen (1 bis 300 Gigahertz). Die Erzeugung und die Messung der Photonen findet dabei auf einem winzigen Computerchip statt, bei Temperaturen nahe des absoluten Nullpunkts (-273 Grad Celsius). „Lange galt es aber als prinzipiell unmöglich, einzelne Quanten von Mikrowellen zu zählen, da deren Energie rund 100.000 mal schwächer ist als die Energie von Lichtteilchen aus einer Glühbirne“, erklärt Frank Wilhelm-Mauch, Professor für Theoretische Physik an der Saar-Uni.

Gemeinsam mit Kollegen aus Kanada und Wisconsin ist ihm bereits im vergangenen Jahr jedoch genau das gelungen: Die Wissenschaftler entwickelten ein elektronisches Bauelement, das einzelne Mikrowellenphotonen detektieren kann. Dieser so genannte Josephson-Photomultiplikator bildet die Arbeitsweise normaler Photonendetektoren in einem kompakten elektronischen Bauelement nach.

Nun hat Frank Wilhelm-Mauch zusammen mit dem Gast-Masterstudenten Luke Govia und der Postdoktorandin Emily Pritchett den Detektor so weiterentwickelt, dass er Photonen mit nahezu hundertprozentiger Effizienz nachweisen kann. Dabei kommt ein besonderes Merkmal der Quantenphysik, also der Physik der kleinsten Teilchen, ins Spiel: Die Teilchen – Photonen oder Atome – können in der Quantenwelt mehrere Zustände gleichzeitig einnehmen. Sobald eine Messung erfolgt, bleibt nur noch ein einziger Zustand übrig: der ermittelte Messwert.

„Praktisch bedeutet das, dass sich Zustände von Quantensystemen bei der Beobachtung verändern“, erläutert Frank Wilhelm-Mauch. Für einen optimalen Detektor möchte man diese Veränderung so klein halten, wie es die Gesetze der Physik fordern. So soll nur die Information aus dem Quantenzustand verloren gehen, die man auch abgelesen hat. Die Wissenschaftler der Saar-Uni zeigen in ihrer Arbeit, wie das möglich ist: Man unterdrückt Quanteneffekte bereits im Detektor. Dieser unterscheidet also nicht viele verschiedene Zustände eines Photons, sondern nur zwischen weiß und schwarz, also: Ich habe Photonen oder nicht. „Gelungen ist uns das, indem wir einen elektrischen Widerstand an der richtigen Stelle eingebaut haben“, meint Wilhelm-Mauch.

Die Saarbrücker Physiker erwarten, dass diese Detektoren einerseits eingesetzt werden, um Elemente von Prozessoren in Quantencomputern zu vernetzen. Andererseits erlaubt diese Messung von Mikrowellen am Quantenlimit auch Anwendungen in der Astrophysik bei der Erforschung der kosmischen Hintergrundstrahlung oder der Suche nach dunkler Energie.

Ein Foto vom neuen Detektor können Sie unter folgendem Link herunterladen:
http://www.uni-saarland.de/pressefotos
Link zur Publikation: http://pra.aps.org/abstract/PRA/v86/i3/e032311
Kontakt:
Prof. Dr. Frank Wilhelm-Mauch
Tel. 0681 302-3960
E-Mail: fwm@physik.uni-saarland.de

Gerhild Sieber | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-saarland.de
http://pra.aps.org/abstract/PRA/v86/i3/e032311

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht 3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind
24.05.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Hochspannung für den Teilchenbeschleuniger der Zukunft
24.05.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

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: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochspannung für den Teilchenbeschleuniger der Zukunft

24.05.2017 | Physik Astronomie

3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind

24.05.2017 | Physik Astronomie

Optisches Messverfahren für Zellanalysen in Echtzeit - Ulmer Physiker auf der Messe "Sensor+Test"

24.05.2017 | Messenachrichten