Een fotodetector zet licht om in een elektrisch signaal, waardoor het licht verloren gaat. Onderzoekers onder leiding van Tracy Northup van de Universiteit van Innsbruck hebben nu een kwantumsensor gebouwd die lichtdeeltjes niet-destructief kan meten. Het kan worden gebruikt om de kwantumeigenschappen van licht verder te onderzoeken.

Natuurkundige Tracy Northup doet momenteel onderzoek naar de ontwikkeling van kwantuminternet aan de Universiteit van Innsbruck. De Amerikaanse burger bouwt interfaces waarmee kwantuminformatie kan worden overgedragen van materie naar licht en vice versa. Via dergelijke interfaces, de verwachting is dat kwantumcomputers over de hele wereld in de toekomst met elkaar kunnen communiceren via glasvezellijnen. In hun onderzoek hebben Northup en haar team van de afdeling Experimentele Fysica hebben nu een methode gedemonstreerd waarmee zichtbaar licht niet-destructief kan worden gemeten. De ontwikkeling volgt het werk van Serge Haroche, die in de jaren negentig de kwantumeigenschappen van microgolfvelden karakteriseerde met behulp van neutrale atomen en in 2012 de Nobelprijs voor de natuurkunde ontving.

In het werk onder leiding van postdoc Moonjoo Lee en Ph.D. student Konstantin Friebe, de onderzoekers plaatsen een geïoniseerd calciumatoom tussen twee holle spiegels waardoor zichtbaar laserlicht wordt geleid. "Het ion heeft slechts een zwakke invloed op het licht, " legt Tracy Northup uit. "Quantummetingen van het ion stellen ons in staat om statistische voorspellingen te doen over het aantal lichtdeeltjes in de kamer." De natuurkundigen werden bij hun interpretatie van de meetresultaten ondersteund door de onderzoeksgroep onder leiding van Helmut Ritsch, een kwantumopticien uit Innsbruck van de afdeling Theoretische Fysica. "Je kunt in deze context spreken van een kwantumsensor voor lichtdeeltjes", vat Northup samen, die sinds 2017 een Ingeborg Hochmair-hoogleraarschap bekleedt aan de Universiteit van Innsbruck. Een toepassing van de nieuwe methode zou zijn om speciale lichtvelden op maat te genereren door de meetresultaten via een feedbacklus terug te voeren in het systeem, waardoor de gewenste toestanden worden vastgesteld.

In het huidige werk in Fysieke beoordelingsbrieven , de onderzoekers hebben zich beperkt tot klassieke toestanden. In de toekomst, deze methode kan ook worden gebruikt om kwantumtoestanden van licht te meten. Het werk werd financieel ondersteund door het Oostenrijkse Wetenschapsfonds FWF en de Europese Unie, onder andere.