Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Weltrekord bei der Verschränkung von verdrehten Lichtquanten

02.11.2012
Einem Wiener Forscherteam um Anton Zeilinger ist ein neuer Weltrekord gelungen

Die Physiker konnten die Verschränkung der bisher größten Quantenzahlen erzeugen und vermessen. Die Forscher entwickelten hierfür eine neue Methode, um einzelne Lichtquanten miteinander zu verschränken, die sich stark entgegengesetzt drehen. Das Resultat stellt den ersten Schritt dar, auch größere, räumlich voneinander getrennte Objekte in zwei unterschiedliche Richtungen verschränkt miteinander drehen zu lassen. Die Forscher publizieren ihre Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift "Science".


Kameraaufnahme in Falschfarbendarstellung eines Lasers, der sich in einer quantenmechanischen Überlagerung aus 100 rechts- und 100 linkshändigen Drehimpulsquanten befindet.

Copyright: Robert Fickler, IQOQI, Universität Wien


Langzeitaufnahme eines Laserstrahls in mehreren so genannten Donut-Moden (Lichtmoden ohne Intensität im Zentrum).

Copyright: Robert Fickler, IQOQI, Universität Wien

Die Quantenphysik gilt weithin als eine Theorie für winzige Objekte, wie Atome oder Lichtquanten, bzw. für sehr kleine Einheiten, also niedrige Quantenzahlen. Eines ihrer spannendsten Phänomene ist die Verschränkung. Verschränkte Quanten verhalten sich, als ob sie sich gegenseitig beeinflussen könnten, obwohl sie räumlich voneinander getrennt sind. Schon seit den frühen Tagen der Quantenphysik stellt sich immer wieder die Frage: Ist Verschränkung auf kleine Objekte bzw. kleine Quantenzahlen beschränkt? In der Forschungsgruppe aus Wien wurde jetzt der erste Schritt unternommen, die Grenzen der quantenmechanischen Verschränkung anhand von sich drehenden Lichtteilchen zu testen.

Eine Eistänzerin könnte beispielsweise nach den Gesetzen der Quantenphysik eine Pirouette vollführen, bei der sie sich gleichzeitig nach links und rechts dreht. Zudem würde ihre Drehung mit dem Drehsinn einer zweiten, mit ihr verschränkten Tänzerin noch immer stark korreliert sein, auch wenn die beiden Tänzerinnen weit voneinander entfernt sind. Je schneller die Quanten-Eistänzerinnen sich drehen, desto größer ist die Quantenzahl ihres Drehimpulses. "In unserem Experiment haben wir die größten jemals gemessenen Quantenzahlen von Teilchen irgendwelcher Art verschränkt. Damit haben wir einen kleinen Weltrekord aufgestellt", so Zeilinger schmunzelnd.

Kann es Quanten-Eistänzerinnen wirklich geben?

Seit etwa 20 Jahren ist bekannt, dass es theoretisch keine Obergrenze für die Stärke dieses Drehimpulses für Lichtteilchen gibt. Bisherige Experimente waren jedoch aufgrund physikalischer Einschränkungen auf äußerst schwache Drehungen bzw. kleine Quantenzahlen limitiert. Bei dem in Wien durchgeführten Experiment kann hingegen theoretisch Verschränkung erzeugt werden, egal wie stark der Drehimpuls bzw. wie groß dessen Quantenzahl ist. "Einzig die limitierenden, technischen Mittel bremsen uns ein, um nicht schon bald Verschränkung von verdrehten Lichtquanten zu erzeugen, die wir vielleicht mit der bloßen Hand spüren könnten", erklärt Robert Fickler, Hauptautor der soeben in "Science" veröffentlichten Publikation. Die Forscher haben somit bewiesen, dass es prinzipiell möglich ist, miteinander verschränkte Eistänzerinnen gleichzeitig nach links und rechts drehen zu lassen. In der Praxis gibt es jedoch noch einige Herausforderungen zu bewältigen, bevor ein ähnliches Experiment mit makroskopischen Objekten durchgeführt werden kann.

Von den Grundlagen zur Anwendung

Neben der grundlegenden Frage nach den Grenzen makroskopischer Verschränkung beschäftigen sich die Physiker aber auch mit potenziellen Anwendungen ihrer Forschung. So können sie etwa die von ihnen erzeugten Lichtteilchen nutzen, um bereits mit sehr geringer Intensität genauere Winkelmessungen durchführen zu können. Dieses Prinzip ist besonders bei Untersuchungen von lichtsensitiven Materialien wie beispielsweise biologischen Substanzen vorteilhaft. "Aufgrund der Verschränkung können solche Messungen erstaunlicherweise aus beliebiger Entfernung und ohne jeglichen Kontakt zum Messobjekt oder sogar zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt werden", erläutert Fickler.

Die Forschung wurde gefördert durch den Europäischen Forschungsrat (ERC) sowie den österreichischen Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF).

Publikation:
Quantum Entanglement of High Angular Momenta
Robert Fickler, Radek Lapkiewicz, William N. Plick, Mario Krenn, Christoph Schaeff, Sven Ramelow, Anton Zeilinger

Veröffentlicht in Science, Ausgabe vom 2. November 2012.

Weitere Informationen
Forschungsgruppe Quantenoptik, Quantennanophysik und Quanteninformation an der Fakultät für Physik der Universität Wien und Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften: http://www.quantum.at/

Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ): http://vcq.quantum.at/

Wissenschaftlicher Kontakt
Dipl. Phys. Robert Fickler
Quantenoptik, Quantennanophysik und Quanteninformation
Universität Wien, Fakultät für Physik
Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (ÖAW)
Boltzmanngasse 3, 1090 Wien
T +43-1-4277-295 68
robert.fickler@univie.ac.at
Rückfragehinweis
Verena Bock
Sekretariat Anton Zeilinger
Quantenoptik, Quantennanophysik und Quanteninformation
Universität Wien, Fakultät für Physik
Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (ÖAW)
Boltzmanngasse 3, 1090 Wien
T +43-1-4277-511 66
zeilinger-office@univie.ac.at

Alexandra Frey | Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.univie.ac.at
http://www.quantum.at/

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: 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...

Im Focus: Quantum simulation more stable than expected

A localization phenomenon boosts the accuracy of solving quantum many-body problems with quantum computers which are otherwise challenging for conventional computers. This brings such digital quantum simulation within reach on quantum devices available today.

Quantum computers promise to solve certain computational problems exponentially faster than any classical machine. “A particularly promising application is the...

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

Erster astrophysikalischer Nachweis des Heliumhydrid-Ions

18.04.2019 | Physik Astronomie

Radioteleskop LOFAR blickt tief in den Blitz

18.04.2019 | Physik Astronomie

Kühlen nach Art der Pflanzen

18.04.2019 | Biowissenschaften Chemie

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