Wissenschaftler der Universit?t Paderborn haben eine neue Methode angewandt, um die Charakteristika von optischen, also auf Licht basierenden Quantenzust?nden zu ermitteln. Dafür nutzen sie erstmals bestimmte Photonendetektoren – Ger?te, die einzelne Lichtteilchen erfassen k?nnen – für die sogenannte homodyne Detektion. Die F?higkeit, optische Quantenzust?nde zu charakterisieren, macht das Verfahren zu einem wesentlichen Werkzeug für die Quanteninformationsverarbeitung. Genaue Kenntnisse der Charakteristika sind z. B. für den Einsatz in Quantencomputern von Bedeutung. Die Ergebnisse wurden jetzt vom Fachmagazin ?Optica Quantum“ ver?ffentlicht.
?Die Homodyn-Detektion ist eine in der Quantenoptik h?ufig verwendete Methode zur Untersuchung der wellenartigen Natur optischer Quantenzust?nde“, erkl?rt Timon Schapeler von der Paderborner Arbeitsgruppe ?Mesoskopische Quantenoptik“ am Department Physik. Zusammen mit Dr. Maximilian Protte hat er die Methode angewandt, um die sogenannten kontinuierlichen Variablen optischer Quantenzust?nde zu untersuchen. Dabei geht es um die ver?nderlichen Eigenschaften von Lichtwellen. Das k?nnen zum Beispiel die Amplitude oder Phase, also die Schwingungsverl?ufe von Wellen sein, die u. a. für die gezielte Manipulation von Licht wichtig sind.
Zum ersten Mal haben die Physiker dabei supraleitende Nanodraht-Einzelphotonendetektoren für die Messungen eingesetzt – die aktuell schnellsten Ger?tschaften für die Photonenz?hlung. Die beiden Wissenschaftler haben durch ihren besonderen Versuchsaufbau gezeigt, dass ein Homodyn-Detektor mit supraleitenden Einzelphotonendetektoren eine lineare Reaktion auf den Eingangsphotonenfluss aufweist. ?bersetzt bedeutet das: Das gemessene Signal ist proportional zum Eingangssignal.
?Im Prinzip bringt die Integration von supraleitenden Einzelphotonendetektoren viele Vorteile im Bereich der kontinuierlichen Variablen mit sich, nicht zuletzt die intrinsische Phasenstabilit?t. Diese Systeme weisen ebenfalls eine nahezu hundertprozentige On-Chip-Detektionseffizienz auf. Das bedeutet, bei der Detektion gehen keine Teilchen verloren. Unsere Ergebnisse k?nnten die Entwicklung hocheffizienter Homodyn-Detektoren mit einzelphotonenempfindlichen Detektoren erm?glichen“, so Schapeler.
Die Arbeit mit kontinuierlichen Variablen des Lichts erm?glicht neue und spannende M?glichkeiten in der Quanteninformationsverarbeitung jenseits von Qubits, den üblichen Recheneinheiten der Quantencomputer.
Der Artikel ist online verfügbar.
Im Video erkl?rt Dr. Maximilian Protte, wie das Verfahren funktioniert: https://youtu.be/z9fGwd9iZi4?si=LM25s3AfbvBjzMNc
