Flere mål i kvantefodbold

Lad os antage, at du fik lov til at bind for øjnene den tyske fodboldstjerne Timo Werner og vende ham på sin egen akse flere gange. Så beder du ham om at tage et shot blind. Det ville være yderst usandsynligt, at han ville ramme målet.

Bonn -fysikere formåede ikke desto mindre at opnå en score på 90 procent i en lignende situation. Imidlertid, deres spiller var næsten 10 milliarder gange mindre end den tyske stjerneangriber - og langt mindre forudsigelig.

Det var et rubidiumatom, som forskerne havde bestrålet med laserlys. Atomet havde absorberet strålingsenergi og trådt i en ophidset tilstand. Dette har en defineret levetid. Atomet frigiver efterfølgende den absorberede energi ved at udsende en lyspartikel:en foton.

Retningen, i hvilken denne foton flyver, er rent tilfældigt. Imidlertid, dette ændres, når rubidium placeres mellem to parallelle spejle, for så foretrækker atomet at skyde mod et af spejlene. I eksemplet med Timo Werner, det ville være som om målet på magisk vis tiltrak bolden.

Dette fænomen kaldes Purcell -effekten. Dens eksistens blev opdaget for flere årtier siden. "Vi har nu brugt Purcell -effekten til målrettet emission af fotoner med et neutralt atom, "forklarer Dr. Wolfgang Alt fra Institute of Applied Physics ved University of Bonn.

Der er stor interesse for Purcell -effekten, dels fordi det gør konstruktionen af ​​såkaldte kvante-repeatere mulig. Disse er nødvendige for at overføre kvanteinformation over lange afstande. Selvom det er muligt at sætte en foton i en bestemt kvantetilstand og sende den gennem en lysguide, dette kan kun gøres over begrænsede afstande; for større afstande, signalet skal bufferes.

Repeatere videregiver kvanteinformation

I quantum repeater, fotonet ledes til et atom, der sluger det og derved skifter til en anden tilstand. Som reaktion på en læsepuls med en laserstråle, atomet spytter lyspartiklen ud igen. Den lagrede kvanteinformation bevares.

Den udsendte foton skal nu opsamles og føres tilbage til en lysleder. Men det er svært, når foton frigives i en tilfældig retning. "Det er lykkedes os at tvinge fotoner ind på stien mellem de to spejle ved hjælp af Purcell -effekten, "forklarer Alt." Vi har nu gjort et af spejlene delvist transmissive og forbundet en glasfiber til det. Dette tillod os at introducere fotonet relativt effektivt i denne fiber. "

Purcell -effekten har også en anden fordel:Det forkorter den tid, det tager rubidiumatomet at gemme og frigive kvanteoplysningerne. Denne gevinst i hastighed er ekstremt vigtig. Kun hvis repeateren fungerer hurtigt nok, kan den kommunikere med senderens information, en såkaldt kvantepunkt. I dag, kvantepunkter betragtes som den bedste kilde til enkeltfotoner til transmission af kvanteinformation, som er helt sikker mod at blive opfanget. "Vores eksperimenter tager denne vigtige fremtidige teknologi et skridt videre, «siger Alt.