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Physiker frieren Lichtstrahl ein

Astronomie|Physik Technik|Digitales

Physiker frieren Lichtstrahl ein
Physikern der Harvard-Universität in Cambridge ist es gelungen, einen Lichtstrahl einige Hundertstel Millisekunden lang anzuhalten. Anders als bei früheren Experimenten haben Mikhail Lukin und seine Kollegen die Quantenzustände der Lichtteilchen nicht nur in Atomzustände ein- und dann wieder ausgelesen, sondern sie konnten das Licht selbst “einfrieren” und für kurze Zeit gefangen halten. Die Forscher stellen ihr Experiment im Fachmagazin Nature (Bd. 426, S. 638) vor.

Der erste Teil des Experiments ähnelt älteren Versuchen, bei denen es Physikern gelungen war, die Quantenzustände des Lichts in einem Gas aus Rubidiumatomen zu speichern und sie dann wieder auf Licht zu übertragen. Auch Lukin und Kollegen verwenden neben dem “Signallicht”, das gespeichert und wiederbelebt werden soll, ein weiteres “Kontrolllicht”. Anders als bei den früheren Experimenten arbeiten sie jedoch mit zwei Kontrolllasern.

Das Signallicht hat eine Frequenz, die die Rubidiumatome “schlucken” können, das heißt, diese Resonanzfrequenz versetzt sie in einen höheren Energiezustand. Für das Signallicht bedeutet dies, dass es von den Rubidiumatomen absorbiert wird. Um diesen Vorgang kontrollieren und manipulieren zu können, verwendet man die Kontrolllaser. Solange sie eingeschaltet sind, wird die Absorption unterbunden ? das Rubidiumgas ist solange für das Licht durchsichtig.

Durch Abschalten der Kontrolllaser erreicht man, dass das Signallicht von den Atomen absorbiert wird und dass die Quantenzustände des Lichts in denen der Atome gespeichert werden. Bei den früheren Experimenten wurde anschließend durch Wiedereinschalten des (einen) Kontrolllasers der Vorgang umgekehrt und der Lichtstrahl mit seinen ursprünglichen Quantenzuständen wiederhergestellt.

Mit ihren beiden Kontrolllasern sind Lukin und seine Kollegen jedoch dazu in der Lage, ein stehendes Kontrolllichtfeld zu erzeugen, das im Zusammenwirken mit den Atomen wie ein Stapel aufeinanderfolgender Spiegel wirkt. Der gleichzeitig mit dem Einschalten der Kontrolllaser wiederbelebte Signallichtstrahl bleibt in diesen Spiegeln gefangen und wird somit “eingefroren”.

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Eine Anwendung finden derartige Experimente bei der Entwicklung von Quantencomputern oder in der Quantenkryptografie, die sich mit der Entwicklung unknackbarer Geheimcodeübertragungen beschäftigt.

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