Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mit Spiegeln zur besseren Qualität von Lichtteilchen

11.09.2017

Wissenschaftlern vom Departement Physik der Universität Basel und vom Swiss Nanoscience Institute ist es gelungen, die Qualität von einzelnen Photonen, die durch ein Quantensystem generiert werden, drastisch zu verbessern. Die Wissenschaftler konnten damit eine zehn Jahre alte theoretische Vorhersage erfolgreich umsetzen. Mit dieser Arbeit, die kürzlich in Physical Review X veröffentlicht wurde, kommen sie zukünftigen Anwendungen in der Quanteninformationstechnologie einen wichtigen Schritt näher.

Seit einigen Jahren arbeiten Wissenschaftler daran den Spin von Elektronen zu nutzen, um damit Informationen zu speichern und zu verarbeiten. Ein möglicher Ansatz ist es, ein Quantensystem zu nutzen, bei dem der Quantenzustand des Elektronenspins mit dem von ausgesandten Lichtteilchen (Photonen) verbunden ist.


NV-Zentren in Diamanten haben die besondere Eigenschaft, dass der Zustand des Elektronenspins über die von ihnen ausgesendeten Lichtteilchen ausgelesen werden können.

Bild: Universität Basel, Departement Physik

Bessere Photonen erforderlich

Als bewährte Struktur für diesen Ansatz, in der sich Elektronenspins leicht auslesen und manipulieren lassen, gelten sogenannte Stickstoff-Fehlstellenzentren (NV-Zentren). Dabei handelt es sich um natürliche Defekte im Kristallgitter von künstlichen Diamanten.

Für die Quanteninformationsverarbeitung sind NV-Zentren besonders interessant, weil sich damit einzelne Lichtteilchen (Photonen) aussenden lassen, die Informationen über den Zustand ihres Elektronenspins mit sich tragen. Diese Photonen wiederum können dadurch eine quantenmechanische Verschränkung zwischen verschiedenen NV-Zentren herstellen, die auch über grosse Distanzen bestehen bleibt und somit zur Datenübertragung genutzt werden kann.

Für eine Verwendung in der Quanteninformationstechnik muss jedoch die Quantität und vor allem auch die Qualität der ausgesandten Photonen deutlich verbessert werden, da bisher nur ein Bruchteil der Photonen für die Erzeugung einer Verschränkung genutzt werden kann.

Gelungene Optimierung

Dem Doktoranden Daniel Riedel ist es nun gelungen, die Ausbeute der verwendbaren Photonen dieser NV-Zentren von bisher drei auf nun fünfzig Prozent zu steigern. Zudem konnte Riedel die Rate, mit der die Photonen emittiert werden, fast verdoppeln.

Er erreichte diese signifikanten Verbesserungen, indem er einen nur einige 100 Nanometer grossen Diamanten zwischen zwei winzige Spiegel platzierte. Bereits vor zehn Jahren war theoretisch beschrieben worden, dass die Platzierung der NV-Zentren in einem Hohlraum die Ausbeute der Photonen steigern müsse. Jedoch war es bisher keiner Forschungsgruppe gelungen, die Theorie in die Praxis umzusetzen.

Die Arbeit entstand im Rahmen einer Dissertation an der 2012 gegründeten Doktorandenschule des Swiss Nanoscience Institute. «Wir haben eine wichtige Hürde auf dem Weg zum Quanteninternet genommen», bemerkt Betreuer Professor Richard Warburton vom Departement Physik der Universität Basel.

Professor Patrick Maletinsky, der die Arbeit ebenfalls betreut hat, fügt hinzu: «Die einzigartige Kombination von Knowhow im Bereich der Photonik, der besonderen Diamantstrukturen sowie der Nanofabrikation hier in Basel hat es ermöglicht, dass wir diese seit 10 Jahren bestehende Herausforderung erstmals meistern konnten.»

Originalbeitrag

Daniel Riedel, Immo Söllner, Brendan J. Shields, Sebastian Starosielec, Patrick Appel, Elke Neu, Patrick Maletinsky, and Richard J. Warburton
Deterministic Enhancement of Coherent Photon Generation from a Nitrogen-Vacancy Center in Ultrapure Diamond
Physical Review X (2017), doi: 10.1103/PhysRevX.7.031040

Weitere Auskünfte

Prof. Dr. Richard Warburton, Universität Basel, Departement Physik, Tel. +41 61 207 35 60, E-Mail: richard.warburton@unibas.ch

Prof. Dr. Patrick Maletinsky, Universität Basel, Departement Physik, Tel. +41 61 207 37 63, E-Mail: patrick.maletinsky@unibas.ch

Weitere Informationen:

https://www.unibas.ch/de/Aktuell/News/Uni-Research/Mit-Spiegeln-zur-besseren-Qua...

Cornelia Niggli | Universität Basel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht VLT macht den präzisesten Test von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie außerhalb der Milchstraße
22.06.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Neue Phänomene im magnetischen Nanokosmos
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

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: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

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