image: Ein Ion zwischen zwei Hohlspiegel dient als Quantensensor für Lichtteilchen. view more
Credit: Klemens Schüppert
Eigentlich forscht die US-Amerikanerin Tracy Northup an der Universitaet Innsbruck an der Entwicklung des Quanteninternets. Sie baut Schnittstellen, mit denen Quanteninformation von Materie auf Licht und umgekehrt übertragen werden kann. Ueber diese Schnittstellen sollen in Zukunft Quantencomputer auf der ganzen Welt über Glasfaserleitungen miteinander kommunizieren koennen. Bei ihren Forschungen hat Northup mit ihrem Team am Institut für Experimentalphysik nun eine Methode vorgeführt, mit der sichtbares Licht zerstoerungsfrei gemessen werden kann. Die Entwicklung schließt an Arbeiten von Serge Haroche an, der in den 1990er-Jahren mit Hilfe von neutralen Atomen die Quanteneigenschaften von Mikrowellenfeldern charakterisiert hat und dafür 2012 mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet wurde.
In Innsbruck platzieren die Physiker um Postdoc Moonjoo Lee und PhD-Student Konstantin Friebe ein elektrisch geladenes Kalziumatom zwischen zwei Hohlspiegeln, durch die sichtbares Laserlicht geleitet wird. Das Ion nimmt dabei nur schwachen Einfluss auf das Licht, erlaeutert Tracy Northup. Ueber Quantenmessungen am Ion koennen wir statistische Aussagen über die Zahl der Lichtteilchen in der Kammer treffen. Unterstuetzung bei der Interpretation der Messergebnisse erhielten die Physiker durch die Arbeitsgruppe um den Innsbrucker Quantenoptiker Helmut Ritsch vom Institut für Theoretische Physik. Man kann hier von einem Quantensensor für Lichtteilchen sprechen, resuemiert Northup, die seit 2017 eine Ingeborg-Hochmair-Professur an der Universitaet Innsbruck haelt. Eine moegliche Anwendung des neuen Verfahrens koennte die Erzeugung von speziellen Lichtfeldern sein, indem die Messergebnisse ueber eine Feedback-Schleife wieder in das System eingespeist und so die gewuenschten Zustaende hergestellt werden.
In der aktuellen Arbeit im Fachmagazin Physical Review Letters haben sich die Forscher auf klassische Zustaende beschraenkt. In Zukunft waeren mit dieser Methode auch Messungen von Quantenzustaenden des Lichts denkbar. Finanziell unterstuetzt wurde die Arbeit unter anderem vom oesterreichischen Wissenschaftsfonds FWF und der Europaeischen Union.
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Journal
Physical Review Letters