Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Weltrekord um einen Quantendetektor: Neues optisches Messgerät vollständig charakterisiert

21.05.2012
Wissenschaftler um Martin Plenio, Alexander von Humboldt-Professor an der Universität Ulm, haben einen Weltrekord aufgestellt: Erstmals ist es ihnen gelungen, einen durchstimmbaren phasensensitiven Photonenzähler (Quantendetektor) mit 1,8 Millionen Parametern vollständig zu charakterisieren. „Im Vergleich zu den kompliziertesten, bisher charakterisierten Quantensystemen bedeutet das eine Steigerung um Faktor 20“, sagt der Physiker Plenio.

In Zukunft könnte der neue Detektor Anwendung in Photonen-basierten Systemen der Quanteninformationswissenschaft, Stichwort Quantencomputer, oder in der optischen Telekommunikation finden.

Der Fachbeitrag „Mapping coherence in measurement via full quantum tomography of a hybrid optical detector“ ist jetzt auf der Website des angesehenen Journals „Nature Photonics“ erschienen. Neben Plenio sind Forscher um Ian Walmsley (Universität Oxford), der die experimentellen Arbeiten geleitet hat, sowie Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology (MIT) und weiterer renommierter Einrichtungen unter den Autoren.

Jedes technische Gerät hat Eigenschaften, die es auszeichnen. Im Falle eines Detektors zum Beispiel die spektrale Sensitivität. Mit 1,8 Millionen Parametern stellt der aktuelle Quantendetektor ungleich höhere Anforderungen an die Wissenschaftler als seine Vorläufer.

Um die Messungen interpretieren zu können, müssen die Wissenschaftler sämtliche Eigenschaften des Geräts möglichst genau kennen und wissen, was im Inneren abläuft: Ein schwacher Lichtpuls gelangt durch einen Strahlteiler, das ist eine sehr präzise hergestellte Glasplatte, in das Gerät. Dort trifft er auf einen genau definierten Laserstrahl und wird mit dessen Frequenz und Phase abgeglichen. So können Informationen über Quanteneigenschaften des schwachen Lichtpulses gewonnen werden.

Martin Plenio vergleicht den Laser mit einem Konzertmeister, der dem Orchester Stimmtöne vorgibt: „Im Konzertsaal misst das menschliche Ohr, inwieweit die Musiker von den vorgegebenen Noten abweichen. Dabei werden die Töne überlagert.“ In dem jetzt charakterisierten Gerät erlaubt es der Laser, Phase und Quantenzustand der Lichtpulse zu bestimmen.

Am Ende ihrer Reise gelangen die Pulse schließlich in eine optische Faser, in der sie durch optische Verzögerungsschleifen sowie Faserkoppler in maximal ein Lichtteilchen (Photon) aufgespalten werden. Diese Stückelung ist notwendig, um zu bestimmen, wie viele Photonen in einem definierten Zeitraum durch das Gerät wandern.

Durch diese Messungen erzeugt der Detektor große Datenmengen. Mit bisher üblichen Methoden würde eine Interpretation mehrere Millionen Stunden dauern. Für den nun entwickelten Prototyp haben die Forscher unter Mitwirkung Martin Plenios einen Algorithmus entwickelt, der alle Parameter des Geräts einbezieht: „Durch diesen mathematischen Trick können wir die Messprotokolle in einigen Stunden mit einem sehr guten Rechner auswerten“, sagt der Leiter des Instituts für Theoretische Physik an der Uni Ulm. Anhand dieser Ergebnisse, kann auch die künftige Reaktion des Detektors auf zu messende Quantenzustände vorhergesagt werden.

Wenn Glasfaserkabel eines Tages auch zur Quantenkommunikation genutzt werden, könnte ein Nachfolgemodell des jetzt charakterisierten Detektors den Ablauf überwachen. Außerdem wäre das Gerät in der Lage, Rechenoperationen eines auf Licht basierenden Quantencomputers auszuwerten. „Obwohl diese praktische Anwendungen noch Zukunftsmusik sind, freue ich mich, mit meinen theoretischen Überlegungen dazu beizutragen“, sagt Plenio.

Die Forscher sind vor allem mit Mitteln des EU-Programms Quantum InterfacES, SENsors, and Communication based on Entanglement (Q-ESSENCE) und durch Martin Plenios Alexander von Humboldt-Professur gefördert worden.

Weitere Informationen: Prof. Dr. Martin Plenio, Tel.: 0731/50-22900, martin.plenio@uni-ulm.de

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

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Die schnellste lichtgetriebene Stromquelle der Welt
26.09.2017 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

nachricht Internationales Forscherteam entdeckt kohärenten Lichtverstärkungsprozess in Laser-angeregtem Glas
25.09.2017 | Universität Kassel

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: Die schnellste lichtgetriebene Stromquelle der Welt

Die Stromregelung ist eine der wichtigsten Komponenten moderner Elektronik, denn über schnell angesteuerte Elektronenströme werden Daten und Signale übertragen. Die Ansprüche an die Schnelligkeit der Datenübertragung wachsen dabei beständig. In eine ganz neue Dimension der schnellen Stromregelung sind nun Wissenschaftler der Lehrstühle für Laserphysik und Angewandte Physik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) vorgedrungen. Ihnen ist es gelungen, im „Wundermaterial“ Graphen Elektronenströme innerhalb von einer Femtosekunde in die gewünschte Richtung zu lenken – eine Femtosekunde entspricht dabei dem millionsten Teil einer milliardstel Sekunde.

Der Trick: die Elektronen werden von einer einzigen Schwingung eines Lichtpulses angetrieben. Damit können sie den Vorgang um mehr als das Tausendfache im...

Im Focus: The fastest light-driven current source

Controlling electronic current is essential to modern electronics, as data and signals are transferred by streams of electrons which are controlled at high speed. Demands on transmission speeds are also increasing as technology develops. Scientists from the Chair of Laser Physics and the Chair of Applied Physics at Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) have succeeded in switching on a current with a desired direction in graphene using a single laser pulse within a femtosecond ¬¬ – a femtosecond corresponds to the millionth part of a billionth of a second. This is more than a thousand times faster compared to the most efficient transistors today.

Graphene is up to the job

Im Focus: LaserTAB: Effizientere und präzisere Kontakte dank Roboter-Kollaboration

Auf der diesjährigen productronica in München stellt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT das Laser-Based Tape-Automated Bonding, kurz LaserTAB, vor: Die Aachener Experten zeigen, wie sich dank neuer Optik und Roboter-Unterstützung Batteriezellen und Leistungselektronik effizienter und präziser als bisher lasermikroschweißen lassen.

Auf eine geschickte Kombination von Roboter-Einsatz, Laserscanner mit selbstentwickelter neuer Optik und Prozessüberwachung setzt das Fraunhofer ILT aus Aachen.

Im Focus: LaserTAB: More efficient and precise contacts thanks to human-robot collaboration

At the productronica trade fair in Munich this November, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT will be presenting Laser-Based Tape-Automated Bonding, LaserTAB for short. The experts from Aachen will be demonstrating how new battery cells and power electronics can be micro-welded more efficiently and precisely than ever before thanks to new optics and robot support.

Fraunhofer ILT from Aachen relies on a clever combination of robotics and a laser scanner with new optics as well as process monitoring, which it has developed...

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Im Spannungsfeld von Biologie und Modellierung

26.09.2017 | Veranstaltungen

Archaeopteryx, Klimawandel und Zugvögel: Deutsche Ornithologen-Gesellschaft tagt an der Uni Halle

26.09.2017 | Veranstaltungen

Unsere Arbeitswelt von morgen – Polarisierendes Thema beim 7. Unternehmertag der HNEE

26.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Europas erste Testumgebung für selbstfahrende Züge entsteht im Burgenland

26.09.2017 | Verkehr Logistik

Nerven steuern die Bakterienbesiedlung des Körpers

26.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Mit künstlicher Intelligenz zum chemischen Fingerabdruck

26.09.2017 | Biowissenschaften Chemie