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 Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor
23.02.2017 | Universität Bayreuth

nachricht Kühler Zwerg und die sieben Planeten
23.02.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

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: Wie Proteine Zellmembranen verformen

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor Oliver Daumke vom MDC erforscht. Er und sein Team haben nun aufgeklärt, wie sich diese Proteine auf der Oberfläche von Zellen zusammenlagern und dadurch deren Außenhaut verformen.

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor...

Im Focus: Safe glide at total engine failure with ELA-inside

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded after a glide flight with an Airbus A320 in ditching on the Hudson River. All 155 people on board were saved.

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded...

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Poseidon goes Politics – Wer oder was regiert die Ozeane?

27.02.2017 | Veranstaltungen

Fachtagung Rapid Prototyping 2017 – Innovationen in Entwicklung und Produktion

27.02.2017 | Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Herz-Untersuchung: Kontrastmittel sparen mit dem Mini-Teilchenbeschleuniger

27.02.2017 | Medizintechnik

Neue Maßstäbe für eine bessere Wasserqualität in Europa

27.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wenn der Schmerz keine Worte findet - Künstliche Intelligenz zur automatisierten Schmerzerkennung

27.02.2017 | Medizintechnik