Forschung & Entwicklung

Quantensensor für Lichtteilchen

Fotodetektoren wandeln Licht in elektrische Signale um, wobei Licht verloren geht. Mithilfe eines neu entwickelten Quantensensors, mit dem Lichtteilchen zerstörungsfrei gemessen werden können, lassen sich Quanteneigenschaften von Licht weiter untersuchen.

Tracy Northup forscht an der Universität Innsbruck an der Entwicklung des Quanteninternets. Sie baut Schnittstellen, mit denen Quanteninformationen von Materie auf Licht und umgekehrt übertragen werden kann. Über diese Schnittstellen sollen in Zukunft Quantencomputer auf der ganzen Welt über Glasfaserleitungen miteinander kommunizieren können. Bei ihren Forschungen hat Northup mit ihrem Team am Institut für Experimentalphysik nun eine Methode vorgeführt, mit der sichtbares Licht zerstörungsfrei gemessen werden kann.

Die Physiker platzierten ein elektrisch geladenes Kalziumatom zwischen zwei Hohlspiegeln, durch die sichtbares Laserlicht geleitet wird. Das Ion nehme dabei nur schwachen Einfluss auf das Licht, erläutert Tracy Northup. Über Quantenmessungen am Ion können statistische Aussagen über die Zahl der Lichtteilchen in der Kammer getroffen werden. Unterstützung 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“, resümiert Northup. Eine mögliche Anwendung des neuen Verfahrens könnte die Erzeugung von speziellen Lichtfeldern sein, indem die Messergebnisse über eine Feedback-Schleife wieder in das System eingespeist und so die gewünschten Zustände hergestellt werden.

In der aktuellen Arbeit haben sich die Forscher auf klassische Zustände beschränkt. In Zukunft wären mit dieser Methode auch Messungen von Quantenzuständen des Lichts denkbar. Finanziell unterstützt wurde die Arbeit unter anderem vom österreichischen Wissenschaftsfonds FWF und der Europäischen Union.

von mn

Originalveröffentlichung:

[M. Lee, K. Friebe, D. A. Fioretto, K. Schüppert, F. R. Ong, D. Plankensteiner, V. Torggler, H. Ritsch, R. Blatt, T. E. Northup, Ion-based nondestructive sensor for cavity photon numbers, Phys. Rev. Lett. 122 (2019), DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.153603]

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