Eine blühende Zukunft für Möglichkeiten im Bereich von Bright-Squeezed-Vacuum-Licht

Über das EU-finanzierte Projekt BRISQ2, welches auf das Quantenpotenzial von BSV fokussiert war, konnten erhebliche Fortschritte hinsichtlich eines Verständnisses der Quantenmechanik auf der makroskopischen Ebene erreicht werden. Dieser spezifische Quantenlichtzustand ist seit den 1960er Jahren bekannt, hat jedoch erst seit Kurzem das ernsthafte Interesse der Wissenschaft auf sich gezogen.

„Wir demonstrierten, dass dieser Lichtzustand in verschiedenen Anwendungsbereichen wie Bildgebung, Kommunikation und Metrologie verwendet werden kann, in denen es scheint, dass die traditionellen Methoden ihre Grenzen erreicht haben“, sagt Projektkoordinatorin Dr. Maria Chekhova, Head of Quantum Radiation am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts in Deutschland.

„Mit diesem Projekt konnten wir die spektralen und räumlichen Eigenschaften dieses Lichtzustands anpassen und dessen Quantennatur bestätigen. Wir entwickelten zudem einen neuen Typ optischen parametrischen Generator, der auf diesem Licht basiert.“

Neue Protokolle für BSV

Das Projekt hat tatsächlich zur Implementierung zahlreicher Protokolle hinsichtlich des BSV geführt. „Das wichtigste betrifft eine mikroskopische Bildgebung, welche die klassischen Grenzen übertrifft und welche die Möglichkeit beinhaltet, ein undeutliches Objekt vor einem rauschenden Hintergrund einfach „bemerken“ zu können“, erklärt Chekhova.

Wissenschaftler sind an der Quanteninformationstechnologie interessiert, da sie basierend auf den Gesetzen der Quantenmechanik eine schnellere Verarbeitung und eine sicherere Übertragung von Informationen ermöglicht. Die Technologie verfügt über enormes Potenzial, weil mehr und mehr Daten nachgefragt werden und konventionelle Methoden zur Informationsübertragung an ihre Grenze gelangen.

Derzeit arbeitet die Quanteninformationstechnologie mit mikroskopischen Objekten wie einzelnen Atomen, Ionen, Molekülen und vor allem Photonen. Der Nachteil hierbei ist, dass mikroskopische Objekte nicht effizient miteinander und mit wesentlichen Systemen interagieren können, was deren Anwendung einschränkt.

Makroskopische (helle) Lichtzustände weisen diesen Nachteil hingegen nicht auf, da die Helligkeit – die Photonenanzahl je Strahlungsmodus – die Effizienz von Licht-Licht- und Licht-Materie-Interaktionen bestimmt. Ferner weist Bright-Squeezed-Vacuum (BSV)-Licht im Gegensatz zu kohärenten Zuständen ideale Photonen-Anzahl-Korrelationen auf.

„Wir wollten die Eigenschaften dieses Lichts, insbesondere dessen Quanteneigenschaften, untersuchen, die für das BSV möglicherweise als Quanteninformationsträger von Interesse sind“, erklärt Chekhova. Das Projektteam begann damit, zu demonstrieren, dass die BSV-Struktur identisch zu Zwei-Photonen-Licht ist, welches dem BSV sehr ähnelt. Über die Durchführung von Experimenten mit Zwei-Photonen-Licht fanden Wissenschaftler eine Möglichkeit zur Filterung eines einzelnen räumlichen BSV-Modus, ohne wesentliche Verluste einzuführen.

Das Team untersuchte daraufhin verschiedene Quantenmerkmale, wobei die Verschränkung von größter Bedeutung war. „Wir zeigten für unterschiedliche BSV-Zustände theoretisch auf, dass die Verschränkung exponentiell mit der durchschnittlichen Photonenanzahl skaliert“, so Dr. Chekhova.

Auch wenn die meisten Wissenschaftler heute die Gültigkeit der Quantenmechanik anerkennen, gibt es nach wie vor Diskussionen darüber, ob sich ausschließlich mikroskopische Objekte in wirklich quantenartiger Weise verhalten. Das BRISQ2-Projekt hat über die Beobachtung von Quantenauswirkungen von Licht auf der makroskopischen Ebene einen erfolgreichen Beitrag zu dieser Debatte geleistet.

Weitere Informationen sind abrufbar unter: BRISQ2-Projektwebseite.