Weniger ist mehr – auch in der Quantenmechanik
Forscher beobachten Nicht-Kommutativität direkt im Laserstrahl
Forscher in Italien haben die Zahl der Photonen eines Lichtstrahls auf seltsame Art und Weise erhöht – nämlich durch die Entfernung eines einzelnen Photons aus dem Strahl. Dieses dem gesunden Menschenverstand widersprechende Phänomen ist eine Folge der Heisenbergschen Unschärferelation der Quantenmechanik. Die Forscher wollen auf diese Weise spezielle Lichtstrahlen für die sichere Verschlüsselung von Informationen herstellen.
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Für ihr Experiment benutzten Marco Bellini und seine Kollegen des Nationalen Instituts für Angewandte Optik in Florenz einen Laserstrahl, der zunächst mittels einer rotierenden Glasscheibe in einen nichtkohärenten Lichtstrahl umgewandelt wurde. Die statistischen Eigenschaften der Photonenverteilung in dem Strahl glichen so der eines gewöhnlichen Sonnenstrahls. Insbesondere war die genaue Anzahl der Photonen in dem Strahl somit im Gegensatz zu einem Laserstrahl unbestimmt.
Die Forscher konnten nur noch die mittlere Anzahl der Photonen in dem Strahl mittels einer statistischen Methode ermitteln. Sie gingen nun daran, dem Strahl durch den Einsatz von in der Quantenoptik entwickelten Methoden jeweils genau ein Photon hinzuzufügen, oder diesem genau eines zu entreißen. Nach der Ausführung dieser Operationen wurde dann wieder die mittlere Photonenzahl bestimmt.
Das Ergebnis der Studie ist eine besonders schöne Veranschaulichung der Nicht-Kommutativität der Quantenmechanik: Ein Strahl, der zunächst einer Addition und anschließend einer Subtraktion eines Photons unterworfen worden war, hatte eine andere mittlere Photonenzahl als ein Strahl, an dem diese beiden Operationen in der entgegengesetzten Reihenfolge durchgeführt worden waren.
Unter bestimmten Umständen konnte die mittlere Photonenzahl eines Strahls sogar durch Subtraktion eines Photons erhöht werden, so Bellini. Die Forscher wollen nun versuchen, mittels ihrer Methode Algorithmen aus der Quantenkryptographie zur sicheren Datenübertragung in die Tat umzusetzen.
Onlinedienst News@Nature.com
Stefan Maier
