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 Sterngeburt in den Winden supermassereicher Schwarzer Löcher
28.03.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Das anwachsende Ende der Ordnung
27.03.2017 | 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: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Von Agenten, Algorithmen und unbeliebten Wochentagen

28.03.2017 | Unternehmensmeldung

Hannover Messe: Elektrische Maschinen in neuen Dimensionen

28.03.2017 | HANNOVER MESSE

Dimethylfumarat – eine neue Behandlungsoption für Lymphome

28.03.2017 | Medizin Gesundheit