Bilder im Gas
Quanteneffekt ermöglicht Speicherung von Informationen in atomaren Gasen
Wissenschaftler aus Israel haben zweidimensionale Muster in einem Laserstrahl mithilfe eines atomaren Gases für mehrere Mikrosekunden zum Stillstand gebracht und sie danach wieder mit einer gewöhnlichen Digitalkamera ausgelesen. Das dabei verwendete Konzept könnte einmal zur Speicherung riesiger Datenmengen in einem Quantencomputer eingesetzt werden. Die Forscher glauben, dass es schon bald möglich sein könnte, dreidimensionale Bilder zu speichern.
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Wenn die Frequenz eines Laserstrahls (der Probestrahl) mit der eines Energieübergangs der Atome in einem Gas zusammentrifft, so wird der Strahl in dem Gas absorbiert. Wenn nun allerdings gleichzeitig ein zweiter Laserstrahl (der Pumpstrahl) in das Gas geschossen wird, der die Atome zu einem anderen Energieübergang anregt, so können die Photonen des Probestrahls das Gas ungehindert durchdringen. Dieses als elektromagnetisch induzierte Transparenz bezeichnete Phänomen stellt schon seit mehreren Jahren einen Schwerpunkt für Quantenforscher in aller Welt dar.
Der Pumpstrahl hebt so viele Elektronen aus dem Grundzustand heraus, dass dem Probestrahl keine Elektronen für den Absorptionsvorgang zur Verfügung stehen, erklärt Nir Davidson, einer der Autoren. Wenn nun der Pumpstrahl für einen Sekundenbruchteil abgeschaltet wird, wird der Probestrahl während dieser Zeitspanne in dem Gas zum Stillstand gebracht.
Die Forscher vom Technion sowie vom Weizmann-Institut gingen in ihrem neuen Experiment noch einen Schritt weiter: Sie versahen den Probestrahl mithilfe einer Maske mit einem zweidimensionalen Muster in Form einer arabischen Ziffer. Durch eine geschickte Kombination der beiden Strahlen gelang es ihnen so, dieses Muster für ungefähr neun Mikrosekunden durch Unterbrechung des Pumpstrahls in dem Gas zu speichern.
Davidson zufolge muss dabei vor allem die Diffusion der Gasatome bekämpft werden, die zu einem Zerfließen des Musters führt. Er glaubt, dass eine Verfeinerung seiner Methode die Zeitdauer der Speicherung sogar noch weiter erhöhen könnte.
In gewisser Weise stellt das Gas also ein Speicherelement dar, das wie die herkömmlichen Speicher eines Computers mit einem Taktgeber periodisch aufgefrischt werden muss. Das Experiment der Forscher ermöglicht es, grundlegende Elemente eines zukünftigen Quantencomputers besser zu verstehen.
Online-Vorabveröffentlichung, arXiv: 0707.37070
Stefan Maier
