Atomare Verkehrskontrolle
Forschende entwickeln und erproben Technologie für noch präzisere Quantensensoren
Das Internationale Jahr der Quantenwissenschaft und Quantentechnologie der UNESCO beginnt für TU-Forschende am Institut für Angewandte Physik mit einem Erfolg: Physical Review Research veröffentlicht die Ergebnisse ihrer Forschung an dichroitischen Spiegelpulsen. Diese wirken wie geschwindigkeitsgesteuerte Verkehrslotsen für Atome, indem sie die Teilchen mit der passenden Geschwindigkeit zur Detektion lenken und die mit falscher Geschwindigkeit ins Leere laufen lassen.
Quantensensoren sind deutlich genauer als herkömmliche Sensoren und werden für die Erdbeobachtung, die Navigation, die Materialprüfung sowie die chemische oder biomedizinische Analytik verwendet. TU-Forschende der Angewandten Physik haben eine Technologie entwickelt und erprobt, die Quantensensoren noch präziser macht.
Was steckt hinter dieser Technologie? Quantensensoren, die auf der quantenphysikalischen Wellennatur von Atomen beruhen, nutzen Quanteninterferenz, um Beschleunigung und Rotation mit äußerst hoher Präzision zu messen. Für diese Technik werden optimierte Strahlteiler und Spiegel für Atome benötigt. Falsch reflektierte Atome können solche Messungen aber wesentlich verschlechtern. Die Wissenschaftler der TU Darmstadt setzen daher speziell entwickelte Lichtpulse als geschwindigkeitsselektive Atomspiegel ein, die gewünschte Atome reflektieren und unerwünschte passieren lassen. Diese Vorgehensweise reduziert das Rauschen im Signal, sodass die Messungen wesentlich genauer werden.
Besonders wichtig ist diese Technik für die neueste Generation von Quantenmesssystemen: Um die Empfindlichkeit solcher Quantensensoren weiter zu steigern, wird derzeit die Übertragung besonders hoher Geschwindigkeiten erprobt, was aber zusätzliche unerwünschte Atompfade erzeugt. Diesen ungewollten Nebeneffekt kann man nun mit der in den Arbeitsgruppen von Professor Birkl und Professor Giese an der TU Darmstadt erstmals erprobten Methode umgehen. Für eine schnelle Anwendung ist zudem vorteilhaft, dass die neuen „dichroitischen Spiegelpulse“ auch in bereits bestehende Anlagen integriert werden können. Dies ermöglicht es Forschenden weltweit, die Grenzen der quantentechnologischen Präzisionsmessungen zu erweitern und verbesserte Messinstrumente sowohl für die quantenphysikalische Grundlagenforschung als auch für die praktische Anwendung von Quantensensoren bereit zu stellen.
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