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 Radioteleskop LOFAR blickt tief in den Blitz
18.04.2019 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Erster astrophysikalischer Nachweis des Heliumhydrid-Ions
18.04.2019 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

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: Explosion on Jupiter-sized star 10 times more powerful than ever seen on our sun

A stellar flare 10 times more powerful than anything seen on our sun has burst from an ultracool star almost the same size as Jupiter

  • Coolest and smallest star to produce a superflare found
  • Star is a tenth of the radius of our Sun
  • Researchers led by University of Warwick could only see...

Im Focus: Neues „Baustein-Konzept“ für die additive Fertigung

Volkswagenstiftung fördert Wissenschaftler aus dem IPF Dresden bei der Erkundung eines innovativen neuen Ansatzes im 3D-Druck

Im Rahmen Ihrer Initiative „Experiment! - Auf der Suche nach gewagten Forschungsideen“
fördert die VolkswagenStiftung ein Projekt, das von Herrn Dr. Julian...

Im Focus: Vergangenheit trifft Zukunft

autartec®-Haus am Fuß der F60 fertiggestellt

Der Hafen des Bergheider Sees beherbergt seinen ersten Bewohner. Das schwimmende autartec®-Haus – entstanden im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung...

Im Focus: Hybrid-Neuronen-Netzwerke mit 3D-Lithografie möglich

Netzwerken aus wenigen Neuronenzellen können gezielt künstliche dreidimensionale Strukturen vorgegeben werden. Sie werden dafür elektronisch verschaltet. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, Fehler in neuralen Netzwerken besser zu verstehen und technische Anwendungen mit lebenden Zellen gezielter zu steuern. Dies stellt ein Team aus Forschenden aus Greifswald und Hamburg in einer Publikation in der Fachzeitschrift „Advanced Biosystems“ vor.

Eine der zentralen Fragen der Lebenswissenschaften ist, die Funktionsweise des Gehirns zu verstehen. Komplexe Abläufe im Gehirn ermöglichen uns, schnell Muster...

Im Focus: Was geschieht im Körper von ALS-Patienten?

Wissenschaftler der TU Dresden finden Wege, um das Absterben von Nervenzellen zu verringern und erforschen Therapieansätze zur Behandlung von ALS

Die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine unheilbare Erkrankung des zentralen Nervensystems. Nicht selten verläuft ALS nach der Diagnose innerhalb...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz: Lernen von der Natur

17.04.2019 | Veranstaltungen

Mobilität im Umbruch – Conference on Future Automotive Technology, 7.-8. Mai 2019, Fürstenfeldbruck

17.04.2019 | Veranstaltungen

Augmented Reality und Softwareentwicklung: 33. Industrie-Tag InformationsTechnologie (IT)²

17.04.2019 | Veranstaltungen

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

Irdischer Schutz für außerirdisches Metall

18.04.2019 | Verfahrenstechnologie

Erster astrophysikalischer Nachweis des Heliumhydrid-Ions

18.04.2019 | Physik Astronomie

Radioteleskop LOFAR blickt tief in den Blitz

18.04.2019 | Physik Astronomie

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