Forschende der Universitäten Paderborn und Ulm entwickeln den ersten programmierbaren optischen Quantenspeicher. Kleinste Teilchen, die miteinander verbunden sind, obwohl sie teilweise tausende Kilometer trennen – Albert Einstein nannte dies eine „spukhafte Fernwirkung“. Was in Hinblick auf die klassische Physik unerklärlich ist, gehört zum fundamentalen Bestandteil der Quantenphysik. Eine sogenannte Verschränkung kann zwischen mehreren Quantenteilchen auftreten, wobei bestimmte Eigenschaften der Teilchen miteinander gekoppelt sind. Verschränkte Systeme aus mehreren Quantenteilchen zeigen bedeutende Vorteile bei der Realisierung von Quantenalgorithmen, die perspektivisch in der…

Physikteam der Universitäten Kiel und Hamburg entdeckt neue Klasse magnetischer Gitter. Seit ungefähr zehn Jahren sind magnetische Skyrmionen – teilchenartige, stabile magnetische Wirbel, die in bestimmten Materialien entstehen können und faszinierende Eigenschaften besitzen – im Fokus der Forschung: Elektrisch gut zu kontrollieren und nur wenige Nanometer groß eignen sie sich für zukünftige Anwendungen in der Spinelektronik, in Quantencomputern oder in neuromorphen Chips. Gefunden wurden diese magnetischen Wirbel zunächst in regelmäßigen Gittern, sogenannten Skyrmionengittern, später wurden an der Universität Hamburg auch…

Das Team der ATHENE-Wissenschaftlerin Prof. Dr. Haya Shulman hat einen Weg gefunden, wie einer der grundlegenden Mechanismen zur Absicherung des Internet-Verkehrs ausgehebelt werden kann. Der Mechanismus, genannt RPKI, soll eigentlich verhindern, dass Cyberkriminelle oder staatliche Angreifer den Verkehr im Internet umlenken. Solche Umlenkungen kommen im Internet erstaunlich häufig vor, z.B. zur Spionage oder durch Fehlkonfigurationen. Das ATHENE-Team zeigte, dass Angreifer den Sicherheitsmechanismus komplett aushebeln können, ohne dass die betroffenen Netzbetreiber dies feststellen können. Nach Analysen des ATHENE-Teams waren Anfang 2021…

Forschungsgruppe entwickelt weltweit präziseste und schnellste Schaltung. Daten zu übertragen und miteinander zu vernetzen sind zentrale Prozesse in Zeiten des digitalen Wandels. Dabei lassen immer größer werdende Datenmengen die Anforderungen an Sender- und Empfangsgeräte steigen. Um eine schnellere Übertragungsgeschwindigkeit über größere Entfernungen hinweg zu erzielen, setzt die Photonik auf Lichtsignale anstelle von Elektronen und Leitungen. Auf Basis dieser Methode haben Wissenschaftler aus Paderborn, Aachen, Karlsruhe und Hamburg die weltweit präziseste und schnellste sogenannte „Abtasthalteschaltung“ entwickelt. Damit ebnen sie den Weg…

Vor 30 Jahren unterzeichneten 88 Forschungseinrichtungen eine Absichtserklärung für das ATLAS-Experiment am CERN. Bis heute ist ATLAS der größte Teilchen-Detektor, der je gebaut wurde. Das Max-Planck-Institut für Physik (MPP) war von Anfang an federführend dabei: MPP-Wissenschaftler haben das Großprojekt vorangetrieben und entscheidende Konzeptideen beigesteuert. Das MPP war außerdem am Bau zentraler Komponenten beteiligt. Dies gilt insbesondere für die Entwicklung und Konstruktion des Myonsystems, des hadronischen Kalorimeters und des innersten Spurdetektors. Auch wenn die Absichtserklärung vom 1. Oktober 1992 als Geburtsstunde…

Adaptive Bildgebungstechnik für Materialwissenschaft und Strukturbiologie Eine neue Technik, die Elektronenmikroskopie und Lasertechnologie kombiniert, ermöglicht die programmierbare Modulation von Elektronenstrahlen. Sie kann zur Optimierung der Elektronenoptik und für die adaptive Elektronenmikroskopie eingesetzt werden, um die Empfindlichkeit zu maximieren und gleichzeitig die durch den Strahl verursachten Schäden zu minimieren. Diese grundlegende und bahnbrechende Technologie wurde nun von Forscher*innen der Universität Wien und der Universität Siegen demonstriert. Die Ergebnisse sind in PRX veröffentlicht. Wenn Licht turbulentes oder dichtes Material, z. B. die…

Sie sind bis zu zehn Millionen Lichtjahre groß. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Hamburger Sternwarte der Universität Hamburg hat vier Radioquellen von gigantischem Ausmaß entdeckt. Diese sogenannten Megahalos sind bis zu zehn Millionen Lichtjahre groß und konnten nun erstmals mithilfe des Radioteleskops LOFAR aufgespürt werden. Dies wurde in der Zeitschrift Nature veröffentlicht. Aus großer Entfernung betrachtet, ist Masse im Universum nicht gleichmäßig verteilt, sondern ähnelt einer netzartigen Struktur, dem sogenannten kosmischen Netz. An den Knotenpunkten des kosmischen Netzes befinden…

Spiralförmige Fehlstellen machen dreidimensionale photonische Isolatoren robust. Wissenschaftlern der Universität Rostock und des Technion Haifa ist es erstmals gelungen, einen dreidimensionalen topologischen Isolator für Licht zu erzeugen. Eine sorgfältig platzierte Fehlstelle sorgt dafür, dass Lichtsignale sich geschützt entlang der Oberfläche dieses synthetischen Materials ausbreiten können, ohne gestreut zu werden. Ihre Entdeckung wurde kürzlich im renommierten Fachjournal „Nature“ veröffentlicht. Kristalle faszinieren die Menschheit bereits seit Jahrtausenden – zunächst mit ihrer offensichtlichen Schönheit und eleganten Symmetrie sowie in modernerer Zeit auch dank…

Astronomische Beobachtungen mit bodengebundenen Teleskopen sind extrem abhängig von lokalen atmosphärischen Bedingungen. Der menschgemachte Klimawandel wird einige dieser Bedingungen an Beobachtungsstandorten rund um den Globus negativ beeinflussen, wie ein Forschungsteam unter der Leitung der Universität Bern und des Nationalen Forschungsschwerpunkts (NFS) PlanetS berichtet. Die Qualität bodengebundener astronomischer Beobachtungen hängt entscheidend von der Klarheit der Atmosphäre über dem Ort ab, von dem aus sie gemacht werden. Die Standorte für Teleskope werden daher sehr sorgfältig ausgewählt. Sie werden oft hoch über dem…

… die um das supermassereiche schwarze Loch der Milchstraße schwirrt. Mit Hilfe des Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) haben Astronomen Anzeichen für einen „heißen Fleck“ entdeckt, der Sagittarius A*, das schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie, umkreist. Diese Entdeckung hilft uns, die komplexe und dynamische Umgebung unseres supermassereichen schwarzen Lochs besser zu verstehen. „Wir vermuten, dass wir es mit einer heißen Gasblase zu tun haben, die Sagittarius A* auf einer Bahn umkreist, die ähnlich groß ist wie die des Planeten…

Materialien extrem abzukühlen ist wichtig für die physikalische Grundlagenforschung und technische Anwendungen. Basler Forschern ist es nun gelungen, einen elektrischen Schaltkreis auf einem Chip durch Verbesserung eines speziellen Kühlschranks und eines Niedrigtemperatur-Thermometers auf 220 Mikrokelvin zu kühlen – nahe dem absoluten Temperatur-Nullpunkt. Kühlt man Materialien auf extrem niedrige Temperaturen ab, so verhalten sie sich oft ganz anders als bei Raumtemperatur. Ein bekanntes Beispiel ist die Supraleitung, bei der einige Metalle und andere Stoffe unterhalb einer kritischen Temperatur elektrischen Strom komplett…

MPSD-Forscher entdecken anomale Emission von Terahertz-Strahlung aus Kupferoxiden, in denen Supraleitung mit einer Ordnung der Elektronen in Streifen koexistiert. Warum leiten einige Materialien elektrische Ströme nur dann widerstandslos, wenn sie auf nahezu den absoluten Nullpunkt abgekühlt sind, während andere dies bei vergleichsweise hohen Temperaturen tun? Diese Schlüsselfrage beschäftigt Wissenschaftler*innen, die das Phänomen der Supraleitung erforschen, seit Jahren. Nun haben Forscher aus der Gruppe von Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg nachgewiesen, dass eine…

Faserstrecke über 75 km ermöglicht neue QKD-Experimente. Mit elf Millionen Euro hat das Thüringer Wissenschaftsministerium den Aufbau einer Infrastruktur für Quantenkommunikationsnetze im Freistaat gefördert. Dazu gehört auch eine faserbasierte Teststrecke zwischen Jena und Erfurt. Nun haben Partner des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF erstmals erfolgreich Quantenschlüssel auf der 75 km langen Strecke ausgetauscht. Es ist ein Meilenstein für die Erforschung der hochsicheren Quantenkommunikation in Thüringen und Deutschland: Auf einer Teststrecke zwischen Jena und Erfurt ist es zum ersten…

Wissenschaftler aus Münster und Pittsburgh suchen nach Ursachen der Spin-Polarisation in diesen Materialien. Ein deutsch-amerikanisches Forscherteam untersuchte erstmals chirale Oxid-Katalysatoren. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, künftig spinselektive katalytische Oxidmaterialien passgenau herstellen zu können und damit die Effizienz von chemischen Reaktionen zu verbessern. Die Kontrolle des Eigendrehimpulses (Spins) von Elektronen eröffnet künftige Anwendungsszenarien in der spinbasierten Elektronik (Spintronik), beispielsweise zur Informationsverarbeitung. Außerdem bietet sie neue Möglichkeiten, die Selektivität und Effizienz von chemischen Reaktionen zu kontrollieren. Erste Erfolge präsentierten Forscher kürzlich am…

Jülich-Aachener Physikerinnen und Physiker demonstrieren Elektronen-Transport auf Quantenchip. Millionen von Quantenbits sind nötig, damit Quantencomputer sich in der Praxis als nützlich erweisen. Die sogenannte Skalierbarkeit gilt als eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung. Ein Problem: Die Qubits müssen auf dem Chip sehr nahe beieinander liegen, um sie miteinander zu koppeln. Forschende des Forschungszentrums Jülich und der RWTH Aachen sind einer Lösung nun einen bedeutenden Schritt nähergekommen. Ihnen gelang es, Elektronen, die Träger der Quanteninformation, über mehrere Mikrometer auf einem…

Der 6G-Mobilfunk soll ab 2030 Anwendungen der Künstlichen Intelligenz, Virtuellen Realität und des Internets der Dinge den Weg in den Alltag bahnen. Dafür wird ein wesentlich höheres Leistungsvermögen als das des aktuellen 5G-Mobilfunkstandards benötigt, was neue Hardware-Lösungen erfordert. Auf der EuMW 2022 präsentiert das Fraunhofer IAF daher ein gemeinsam mit dem Fraunhofer HHI entwickeltes energieeffizientes Sendemodul auf GaN-Basis für die 6G-relevanten Frequenzbereiche oberhalb von 70 GHz. Die hohe Leistungsfähigkeit des Moduls wurde am Fraunhofer HHI bereits demonstriert. Selbstfahrende Autos, Telemedizin,…