Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kopplung von Quantenobjekten mit Licht am Limit

20.10.2015

In vielen aktuellen Fragen in der Physik spielen komplexe Quantensysteme, zusammengesetzt aus gekoppelten einfachen Elementen, eine wesentliche Rolle. Sie sind auch ein ausgezeichnetes Modellsystem für neue Anwendungen in der Quantentechnologie. In den letzten Jahren wurden große Fortschritte in der experimentellen Erzeugung und Kontrolle individueller Quantensysteme gemacht. Der Schlüssel für technologische Anwendungen, wie beispielsweise Quanteninformationsverarbeitung, ist es, diese einzelnen Systeme unter Erhaltung ihrer Quanteneigenschaften gezielt miteinander wechselwirken zu lassen.

Auf diesem Gebiet forscht der Kaiserslauterer Nachwuchswissenschaftler Dr. Nicolas Spethmann, der sich zur Zeit im Rahmen des Marie Curie-Programms der EU an der University of California in Berkeley aufhält.


Schematische Darstellung des Quanten-Experiments: Zwei durch Licht gekoppelte Pendel. Quelle: TU Kaiserslautern.

In dem Forschungsprojekt wird das aus der Schulphysik wohlbekannte System zweier durch eine Feder verbundener Pendel in die Quantenwelt übertragen. Wie aus dem Alltag bekannt, führt die Auslenkung nur eines Pendels durch die Kopplung zu einer Schwingung auch des anderen Pendels, wobei die mechanische Energie periodisch zwischen den Pendeln hin und her wechselt.

Für das Pendant aus der Quantenwelt wählten Spethmann und Kollegen als Pendel ultrakalte Gaswolken aus tausenden Atomen, die durch Lichtkräfte im Vakuum gehalten werden und mit den Gesetzen der Quantenmechanik beschrieben werden können. Die Kopplung zwischen beiden Gaswolken erfolgt durch den Austausch von einzelnen Lichtanregungen, sogenannten Photonen.

Um den winzigen Effekt einzelner Photonen zu verstärken, findet das Experiment zwischen fast perfekten Spiegeln statt, in denen ein einzelnes Photon bis zu einige zehntausend Mal hin und her reflektiert wird. Damit können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die quantenmechanische Kopplung der beiden Quantensysteme durch die Lichtwechselwirkung beobachten, indem sie die durch die Spiegel hindurchtretenden Photonen detektieren.

Nach den Gesetzen der Quantenmechanik bleibt der Beobachtungsvorgang allerdings nicht ohne Folge für das experimentelle System, sondern stört die gewünschte Dynamik der gekoppelten Quantensysteme. Diese als Heisenbergsche Unschärferelation bekannte Konsequenz der Quanteneigenschaften können Spethmann und Kollegen charakterisieren.

Es handelt sich um eine grundsätzliche Limitierung für quantentechnologische Anwendungen, die nicht durch einfache, technische Verbesserungen aufgehoben, sondern nur durch weitergehende Quantenkontrolle in einigen Fällen umgangen werden kann. Der große Erfolg der Studie ist es, in der Kopplung zweier Quantenvielteilchensysteme diese fundamentale Grenze zu erreichen.

Die Ergebnisse demonstrieren die Möglichkeiten, aber auch Herausforderungen, mit Licht Quantenobjekte zu koppeln, und helfen, die Konsequenzen in Anwendungen der Quantentechnologie besser zu kontrollieren. Die Forschungsergebnisse wurden kürzlich von Spethmann und seinen amerikanischen Kolleginnen und Kollegen in der hochangesehenen Fachzeitschrift Nature Physics veröffentlicht (Nicolas Spethmann, Jonathan Kohler, Sydney Schreppler, Lukas Buchmann and Dan M. Stamper-Kurn: Cavity-mediated coupling of mechanical oscillators limited by quantum back-action; Nature Physics, 2015, DOI: 10.1038/NPHYS3515).

Spethmann wird seine Forschung ab Mai 2016 an der TU Kaiserslautern im Umfeld der Arbeitsgruppe von Professor Artur Widera (Fachbereich Physik und Forschungszentrum OPTIMAS) fortsetzen.

Weitere Informationen:

http://www.uni-kl.de

Thomas Jung | Technische Universität Kaiserslautern

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Graphen auf dem Weg zur Supraleitung
12.11.2018 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Datensicherheit: Aufbruch in die Quantentechnologie
09.11.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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 Chip mit echten Blutgefäßen

An der TU Wien wurden Bio-Chips entwickelt, in denen man Gewebe herstellen und untersuchen kann. Die Stoffzufuhr lässt sich dabei sehr präzise dosieren.

Menschliche Zellen in der Petrischale zu vermehren, ist heute keine große Herausforderung mehr. Künstliches Gewebe herzustellen, durchzogen von feinen...

Im Focus: A Chip with Blood Vessels

Biochips have been developed at TU Wien (Vienna), on which tissue can be produced and examined. This allows supplying the tissue with different substances in a very controlled way.

Cultivating human cells in the Petri dish is not a big challenge today. Producing artificial tissue, however, permeated by fine blood vessels, is a much more...

Im Focus: Optimierung von Legierungswerkstoffen: Diffusionsvorgänge in Nanoteilchen entschlüsselt

Ein Forschungsteam der TU Graz entdeckt atomar ablaufende Prozesse, die neue Ansätze zur Verbesserung von Materialeigenschaften liefern.

Aluminiumlegierungen verfügen über einzigartige Materialeigenschaften und sind unverzichtbare Werkstoffe im Flugzeugbau sowie in der Weltraumtechnik.

Im Focus: Graphen auf dem Weg zur Supraleitung

Doppelschichten aus Graphen haben eine Eigenschaft, die ihnen erlauben könnte, Strom völlig widerstandslos zu leiten. Dies zeigt nun eine Arbeit an BESSY II. Ein Team hat dafür die Bandstruktur dieser Proben mit extrem hoher Präzision ausgemessen und an einer überraschenden Stelle einen flachen Bereich entdeckt. Möglich wurde dies durch die extrem hohe Auflösung des ARPES-Instruments an BESSY II.

Aus reinem Kohlenstoff bestehen so unterschiedliche Materialien wie Diamant, Graphit oder Graphen. In Graphen bilden die Kohlenstoffatome ein zweidimensionales...

Im Focus: Datensicherheit: Aufbruch in die Quantentechnologie

Den Datenverkehr noch schneller und abhörsicher machen: Darauf zielt ein neues Verbundprojekt ab, an dem Physiker der Uni Würzburg beteiligt sind. Das Bundesforschungsministerium fördert das Projekt mit 14,8 Millionen Euro.

Je stärker die Digitalisierung voranschreitet, umso mehr gewinnen Datensicherheit und sichere Kommunikation an Bedeutung. Für diese Ziele ist die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungen

Wer rechnet schneller? Algorithmen und ihre gesellschaftliche Überwachung

12.11.2018 | Veranstaltungen

Profilierte Ausblicke auf die Mobilität von morgen

12.11.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

MagicMoney: Offline bezahlen – mit deinem Smartphone

13.11.2018 | Wirtschaft Finanzen

5G sichert Zukunft von Industrie 4.0 – DFKI mit der SmartFactoryKL auf der SPS IPC Drives

13.11.2018 | Messenachrichten

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics