Hamburger Forscher sammeln neue Erkenntnisse für einen optischen Quantencomputer Röntgenlicht macht Eisen durchsichtig - scinexx | Das Wissensmagazin
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Hamburger Forscher sammeln neue Erkenntnisse für einen optischen Quantencomputer

Röntgenlicht macht Eisen durchsichtig

Röntgenstrahlen durchstrahlen Eisenatome zwischen zwei Spiegeln © DESY

Deutsche Forscher haben Eisen mit Hilfe von Röntgenlicht durchsichtig gemacht. Bisher galt Eisen für diese Art der Manipulation als ungeeignet. Durch eine spezielle Anordnung gelang es den Wissenschaftlern jedoch, die Schwingungen der Eisenatome so zu beeinflussen, dass sie sich gegenseitig aufhoben. Das Licht konnte dadurch ungehindert durch das Metall strahlen, wie die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“ berichten.

Eine solche elektromagnetisch erzeugte Transparenz sei die Basis für zahlreiche quantenoptische Anwendungen, darunter in fernerer Zukunft auch von Quantencomputern. Diese bisher noch größtenteils theoretischen Rechner beruhen auf Gesetzmäßigkeiten, die nur in der Welt der kleinen Teilchen herrschen. Dadurch, dass dabei mehrere Zustände gleichzeitig möglich sind, sollen die Computer leistungsfähiger sein.

Im Gegensatz zu früheren Experimenten, bei denen Materialien mit Hilfe von Laserlicht transparent gemacht wurden, seien bei ihrem Versuch nur sehr geringe Lichtmengen nötig, sagen Ralf Röhlsberger und seine Kollegen vom Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg. Wollte man einen Quantencomputer bauen, der dieses Prinzip nutzt, sei das ein extremer Vorteil. „Jedes zusätzliche Lichtquant im Computer bedeutet zusätzliche Abwärme, die durch die Nutzung des jetzt entdeckten Effekts minimiert würde“, heißt es in einer Mitteilung des DESY.

Wellenberg und Wellental kompensieren sich

Röhlsberger und seine Kollegen verwendeten das Eisenisotop-57, eine Form von Eisen, die zu etwa zwei Prozent in natürlichem Eisen enthalten ist. Sie platzierten zwei sehr dünne Schichten dieser Atome in einer Vorrichtung, die sie mit Röntgenlicht beleuchteten. Mehrere Platinspiegel warfen das Röntgenlicht dabei so hin und her, dass eine stehende Welle entstand. Lag eine Eisenschicht genau am Tal der Welle und die andere am Wellenberg, wurde das Metall für das Röntgenlicht durchsichtig. Dann kompensierten sich die Schwingungen der Eisenatome in den beiden Schichten gegenseitig, so dass das eingestrahlte Licht ungehindert passieren konnte.

Das Licht wird ausgebremst

Bei dem Experiment entstand außerdem extrem langsames Licht, berichten die Wissenschaftler um Röhlsberger. Es breitete sich nur noch mit schätzungsweise 30 Metern pro Sekunde aus – statt mit 300.000 Kilometern pro Sekunde, wie normalerweise üblich. Das Prinzip, Licht mit Licht zu beeinflussen, könnte einen optisch gesteuerten Schalter möglich machen: Ein wichtiger Baustein auf dem Weg zum optischen Quantencomputer sei beispielsweise die Speicherung von Informationen in Form extrem langsamer oder gar gestoppter Lichtpulse.

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Röhlsberger warnt allerdings davor, zu viel zu erwarten. „Der Weg zum Lichtquanten-Computer ist sicherlich noch sehr weit“, sagt er. Die neuen Erkenntnisse hätten vor allem für die Wissenschaft und die Grundlagenforschung große Bedeutung: „Mit dem Effekt ermöglichen wir eine ganz neue Klasse von quantenoptischen Experimenten höchster Empfindlichkeit.“ (Nature, 2012; doi:10.1038/nature10741)

(DESY, 09.02.2012 – BOS)

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