Forschung & Entwicklung

Eine Quantenverbindung zwischen Licht und Mechanik

12.04.2012

Quantenzustände konnten nun erstmals an ein makroskopisches Objekt gekoppelt werden, ohne die Quanteneigenschaften zu verlieren.

Elektronenmikroskopische Aufnahme des Glasring-Resonators. Oben: Licht stößt an Kante, übt eine Kraft aus und beeinflusst so die Schwingungen. Unten: Radiale Vibration bei 78 MHz

"Bis vor kurzem konnten Wissenschaftler Quanteneffekte nur an extrem kleinen Systemen beobachten, wie an einzelnen Molekülen oder Atomen. Eine Forschungsgruppe um Prof. Tobias Kippenberg von der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Schweiz, und dem Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching, hat jetzt Quanteneffekte an Objekten untersucht, die mit bloßem Auge zu sehen sind.
Bei dem speziell auf einem Trägerchip gefertigten Objekt handelt es sich um einen Glasring mit einem Durchmesser von etwa 30 µm, der wohldefinierte mechanische Eigenschwingungen besitzt und gleichzeitig als ringförmiger optischer Mikroresonator dient. Voraussetzung für das Quantenregime sind extrem tiefe Temperaturen, deshalb wird der Resonator auf weniger als 1 K abkühlt. Wird Licht in den Resonator eingekoppelt, überträgt sein Strahlungsdruck kleine Impulse auf die Glasoberfläche. So gering der Effekt pro Umlauf auch ist, so summiert er sich doch zu einer messbaren Größe auf, da das Licht bis zu einer Million Mal den Ring umläuft. Der Schwingungszustand des Rings wird dadurch beeinflusst. Den Wissenschaftlern ist es erstmals gelungen, diese Umwandlung von Licht in Bewegung innerhalb so kurzer Zeit stattfinden zu lassen, dass die Quanteneigenschaften des ursprünglichen Lichtpulses nicht durch Dekohärenz verloren gehen.
Das Experiment zeigt somit die Möglichkeit auf, die Quanteneigenschaften einer mechanischen Oszillatorbewegung zu steuern und quantenmechanische Eigenschaften auch an Objekten zu beobachten, die von Menschen gefertigt sind. Darüber hinaus könnten die mechanischen Oszillatoren als Schnittstellen dienen, um Quantensysteme unterschiedlichster Natur über Glasfaser-geführtes Licht zu koppeln."

Photonik 2/2012

• http://www.mpq.mpg.de/~haensch
• http://k-lab.epfl.ch

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