Gefangene Lichtteilchen mit Atomen zählen

Lichtteilchen sind ein flüchtiges Gut. Dennoch lassen sich diese Photonen für Sekundenbruchteile speichern und nun sogar einzeln zählen.

Paris (Frankreich) - Französische Physiker bauten dazu eine ausgeklügelte Lichtfalle, durch die sie anregte Atome schickten. Das Besondere an der Zählung: Die Photonen werden dabei nicht wie bei anderen Methoden vernichtet. Das Messprinzip erläutern die Forscher in der Zeitschrift "Nature".

"Photonen wie Murmeln in einem Kasten wiederholt zählen zu können, eröffnet neue Perspektiven für nicht-klassische Zustände von Strahlung", schreiben Christine Guerlin und ihre Kollegen vom Laboratoire Kastler Brossel an der Pariser Universität Pierre et Marie Curie. Die Quantenphysiker nutzten dabei den Effekt aus, dass Materie auf Licht einen Einfluss ausübt und umgekehrt auch Licht auf Materie.

Zwischen zwei speziellen Spiegeln speicherten sie bis zu acht einzelne Lichtteilchen für etwa eine Zehntelsekunde. Innerhalb dieser kurzen Zeit schickten sie bis zu 100 Rubidiumatome durch diese Speicherzelle. Dabei verändert jedes einzelne Photon den Anregungszustand jedes einzelnen Atoms. Je nach Anzahl der gespeicherten Photonen sieht das Rubidiumatom hinter der Zelle immer etwas anders aus. Diese Veränderung lässt sich messen und gibt die Zahl der in der Speicherzelle enthaltenen Lichtteilchen an.

Technische Anwendungen werden sich so bald für diese bei tiefsten Temperaturen durchgeführte Zählungen nicht ergeben. Dennoch ist der zerstörungsfreie Photonenzähler von großer Bedeutung für die Entwicklung von Quantencomputern. In diesen können Lichtteilchen für die Berechnung und Übertragung von Daten genutzt werden. Die sanft durchfliegenden Atome könnten dann quasi das Auslesen der Quantendaten übernehmen ohne die Photonen und damit das Rechenergebnis zu zerstören.