Sind Photonen unterscheidbar?

Vor wenigen Wochen platzierte das Dortmunder-Physiker Team um Prof. Manfred Bayer bereits einen Beitrag zum Thema Quantenoptik im renommierten Naturwissenschaftsmagazin "Nature". Jetzt konnten die gleichen Wissenschaftler der TU Dortmund auch in der anderen ebenso bedeutenden Fachpublikation veröffentlichen. Die neueste Ausgabe von "Science" berichtet über die Forschung zum Thema Unterscheidbarkeit von Photonen.

Im Experiment haben die Dortmunder die Möglichkeit betrachtet, dass Photonen alle gleichzeitig eintreffen, also ununterscheidbar sind, und die Ergebnisse mit Photonen verglichen, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten eintreffen, also unterscheidbar sind. Das Problem: Die Photonen bewegen sich mit äußerst hoher Geschwindigkeit, Messungen müssen auf einer Zeitskala von 10 Billionstel Sekunden erfolgen. Und genau hierfür haben die Dortmunder Wissenschaftler den weltweit ersten Detektor entwickelt, der einzelne Photonen mit Billionstel Sekunden Zeitauflösung messen und miteinander vergleichen kann.
Die Ergebnisse der Arbeitsgruppe bestehend aus Marc Aßmann, Franziska Veit und Manfred Bayer bestätigen die quantentheoretischen Überlegungen: Stark vereinfacht ausgedrückt wurden gleichzeitig eintreffende Photonen häufiger detektiert als Photonen, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten eintreffen. Zwar sind die Ergebnisse in erster Linie für die Grundlagenforschung interessant, aber auch für eine Umsetzung könnten sie Relevanz besitzen. Denn es ist prinzipiell vorstellbar, dass gleichzeitige Eintreffen von Photonen in der Mikro- und Nanoelektronik zu nutzen, zum Beispiel für eine Signalübermittlung oder die gezielte Erzeugung einer hohen Energiedichte.
Zusätzlich konnten die Dortmunder Wissenschaftler Photonen aus einer Halbleiterlichtquelle, einem so genannten "Mikroresonator im Regime der starken Kopplung", der ihnen von der Arbeitsgruppe von Jorn Hvam von der Dänisch Technischen Universität in Kopenhagen zur Verfügung gestellt wurde, detektieren. Ähnliche Experimente konnten bislang nur einzelne Atome als Photonenquelle nutzen. Und der Umstand, dass Halbleiterlichtquellen als Laser- oder Leuchtdioden in großem Maße zum Beispiel in der Unterhaltungselektronik eingesetzt werden, rückt prinzipiell auch eine industrielle Nutzung der Dortmunder Forschungsergebnisse in den Bereich des Möglichen.

Quelle: TU Dortmund