Wissenschaftler*innen der Universit?t Paderborn ver?ffentlichen Ergebnisse in Optica
Wissenschaftler*innen der Universit?t Paderborn haben einen weiteren Fortschritt auf dem Gebiet der Quantenforschung erzielt: 365体育_足球比分网￥投注直播官网 demonstrierten erstmals eine kryogene, also unter extrem kalten Bedingungen arbeitende, Schaltung, mit der die Steuerung von Lichtquanten – sogenannten Photonen – schneller als zuvor m?glich ist. Konkret haben die Forscher*innen einen Weg gefunden, aus einzelnen Photonen bestehende Lichtpulse mit Schaltkreisen aktiv zu manipulieren. Dieser Meilenstein k?nnte die Entwicklung moderner Technologien in der Quanteninformatik, Kommunikation und Simulation erheblich vorantreiben. Die Ergebnisse wurden jetzt im Fachmagazin Optica ver?ffentlicht.
Photonen, die kleinsten Einheiten des Lichts, sind entscheidend für die Verarbeitung von Quanteninformationen. Dafür ist es oft erforderlich, den Zustand eines Photons in Echtzeit zu messen und darauf basierend den Lichtstrom aktiv zu steuern – eine Methode, die ?Feedforward-Operation" genannt wird. Bisher gab es jedoch technische Grenzen: Messung, Verarbeitung und Steuerung des Lichts gingen mit Zeitverz?gerungen einher, was die Nutzung in komplexen Anwendungen einschr?nkt. Mit ihrer neuen Methode ist es den Forschenden gelungen, diese Zeitverz?gerung erheblich zu reduzieren – auf weniger als eine Viertelmilliardstel Sekunde. ?Wir haben es geschafft, Lichtpulse mit den Detektoren, der angepassten Elektronik und optischen Schaltkreisen bei kryogenen Temperaturen aktiv zu verschalten. Dadurch konnten wir wesentlich schneller als andere Arbeitsgruppen Einzelphotonen manipulieren. Diese M?glichkeit erlaubt es uns, neue aktive Schaltungen in der Quantenoptik zu realisieren, die für verschiedene Anwendungen genutzt werden k?nnen“, erkl?rt Dr. Frederik Thiele, der das Projekt federführend mit Niklas Lamberty, beide Mitglieder der Arbeitsgruppe ?Mesoskopische Quantenoptik“ am Paderborner Department Physik, umgesetzt hat.
Für diese Entwicklung verwendeten die Forschenden modernste Technologien wie z. B. sogenannte supraleitende Detektoren. Die Ger?te messen einzelne Lichtquanten mit extrem hoher Pr?zision. Die Elektronik wurde in einer kryogenen Umgebung eingesetzt: Verst?rker und Modulatoren wurden bei Temperaturen von etwa -270 Grad Celsius betrieben, um Signale ohne gr??ere Verz?gerung zu verarbeiten. Integrierte Modulatoren steuerten als optische Bauteile das Licht basierend auf den Messdaten – nahezu verlustfrei und mit hoher Geschwindigkeit.
Das Verfahren basiert auf der Messung von Lichtpaaren, den ?korrelierten Photonen“. Anhand der Anzahl der gemessenen Teilchen entscheidet die elektronische Schaltung in Bruchteilen von Sekunden, ob das Licht weitergeleitet oder blockiert wird. Das Besondere an dem integrierten Aufbau: Physikalische Verluste und Zeitverz?gerungen konnten auf ein Minimum reduziert werden. Neben der schnellen Reaktion erzeugt die Schaltung so auch weniger W?rme, was bei der Arbeit auf kleinstem Raum in Kryostaten (extremen Kühlsystemen) essenziell ist.
?Unsere Demonstration zeigt, dass wir mit supraleitender und halbleitender Technologie eine neue Ebene der photonischen Quantensteuerung erreichen k?nnen. Das er?ffnet M?glichkeiten für schnelle und komplexe Quantenschaltungen, die für die Quanteninformatik und Kommunikation von entscheidender Bedeutung sein k?nnen“, fasst Thiele zusammen.
Zum Paper: doi.org/10.1364/OPTICA.551287
