Wissenschaftler*innen der Universit?t Paderborn ist es gelungen, eine neue Methode zur Abstandsmessung für Systeme wie GPS zu entwickeln, deren Ergebnisse so pr?zise wie nie zuvor sind. Mithilfe der Quantenphysik hat das Team um Leibniz-Preistr?gerin Prof. Dr. Christine Silberhorn die sogenannte Aufl?sungsgrenze überwunden, die z. B. für das bekannte Rauschen auf Fotos sorgt. Die Ergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift ?Physical Review X Quantum“ (PRX Quantum) ver?ffentlicht. In ?Physics“, dem Onlinemagazin des Verlags, wurde das Paper au?erdem mit einen Expertenkommentar gewürdigt – ein Highlight, das nur ausgew?hlten Ver?ffentlichungen zuteilwird.
Physiker Dr. Benjamin Brecht erkl?rt das Problem der Aufl?sungsgrenze: ?Bei Laser-Abstandsmessungen registriert ein Detektor zwei unterschiedlich helle Lichtpulse mit einem Zeitunterschied. Je genauer die Zeitmessung, desto genauer die L?ngenbestimmung. Solange der Zeitabstand der Pulse gr??er ist als die Pulse lang sind, ist alles in Ordnung.“ Problematisch wird es dem Wissenschaftler zufolge, wenn die Pulse überlappen: ?Dann kann man den Zeitunterschied mit herk?mmlichen Methoden nicht mehr messen. Man nennt das Aufl?sungsgrenze und kennt den Effekt von Fotos. Sehr kleine Strukturen oder Texturen k?nnen nicht mehr aufgel?st werden. Das ist dasselbe Problem – nur im Ort anstatt in der Zeit.“
Eine weitere Herausforderung liegt laut Brecht darin, die unterschiedlichen Helligkeiten, den Zeitunterschied und die Ankunftszeit zweier Lichtpulse gleichzeitig zu bestimmen. Aber genau das ist den Wissenschaftler*innen gelungen – und zwar ?mit quantenlimitierter Genauigkeit“, wie Brecht hinzufügt. Zusammen mit Partner*innen aus der Tschechischen Republik und Spanien konnten die Paderborner Physiker*innen diese Werte selbst dann noch messen, als die Pulse zu 90 Prozent überlappten. Dazu Brecht: ?Das ist weit jenseits der Aufl?sungsgrenze. Die Genauigkeit der Messung ist 10.000-mal besser. Mit Methoden der Quanteninformationstheorie kann man neuartige Messungen finden, die die Beschr?nkungen von etablierten Methoden überwinden.“
Die Ergebnisse k?nnten die Genauigkeit von Anwendungen wie LIDAR, einer Methode zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung, und GPS künftig deutlich verbessern. Bis zur Marktreife werde es aber noch dauern, gibt Brecht zu bedenken.
Zur Ver?ffentlichung: https://physics.aps.org/articles/v14/1
Nina Reckendorf, Stabsstelle Presse, Kommunikation und Marketing
