Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben ein neues Verfahren zur quantenmechanischen Kopplung von Lichtimpulsen vorgeschlagen, welches die Genauigkeit von Zeitmessungen um ein Zehnfaches vergrößern könnte. Sie berichten über ihren Vorschlag in der aktuellen Ausgabe des Fachblattes Nature.
Die Forscher um Seth Lloyd wollen Photonen, einzelne Lichtquanten, eines Laserpulses miteinander quantenmechanisch verschränken. In diesem Zustand sind die physikalischen Eigenschaften der Photonen voneinander abhängig und das Photonensystem befindet sich in einem eigenen “Mischzustand” der Quantenmechanik. Laserpulse dieser Art wollen die Forscher zu einer extrem genauen Zeitmessung einsetzen, indem sie den Laserstrahl von seiner Quelle aus auf einen Detektor schicken.
Bei langen Wegstrecken lagen der Genauigkeit der Zeitmessung bisher zwei Hemmnisse im Wege: Die Verbreiterung der Frequenz- und Intensitätsverteilung der einzelnen Frequenzkomponenten des Pulses – dadurch treffen Photonen unterschiedlicher Frequenz zu verschiedenen Zeiten auf dem Detektor ein, was zu Ungenauigkeiten in der Zeitmessung führt. Diese Verbreiterung tritt bei quantenmechanisch verschränkten Photonen nicht auf – sobald das erste Photon auf den Detektor trifft, treffen auch alle mit ihm verschränkten Photonen dort ein. Dies ist eine der vielen befremdlich anmutenden Folgen der Quantenmechanik.
Anwendungen der neuen Technik könnten in extrem genauen Entfernungsmessungen liegen – so kann zum Beispiel die Entfernung zwischen Erde und Mond mittels eines Laserpulses bestimmt werden. Auch in der biomedizinischen Forschung, wo schwache Laser und damit nur wenige Photonen zur Verringerung von Strahlenschäden eingesetzt werden müssen, könnten quantenmechanisch verschränkte Photonen gewinnbringend eingesetzt werden. Bisher hat es sich allerdings als extrem schwierig erwiesen, eine derartige Verschränkung für mehr als zwei Photonen zu realisieren.
Stefan Maier
