scinexx | Bild gespeichert auf nur einem einzigen Photon: Potenzial

scinexx | Bild gespeichert auf nur einem einzigen Photon: Potenzial für die Speicherung gewaltiger Datenmengen auf kleinstem Raum
Freitag, 14.12.2007
Bild gespeichert auf nur einem einzigen Photon
Potenzial für die Speicherung gewaltiger Datenmengen auf
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>>
kleinstem Raum
Erstmals ist es Forschern gelungen, die Daten eines ganzen Bildes
auf nur einem Photon zu speichern, das Lichtteilchen für die
Speicherung abzubremsen und anschließend die Bilddaten intakt
wieder zu gewinnen. Dieses jetzt in der Fachzeitschrift Physical
Review Letters” veröffentlichte Experiment stellt einen wichtigen
Durchbruch in der Forschung an optischen Speichermedien dar.
Noch besteht das von den
Wissenschaftlern der Universität von
Rochester genutzte Testbild nur aus
wenigen hundert Pixeln, doch die
eingesetzte neue Technologie bietet das
Potenzial für die Speicherung gewaltiger
Datenmengen auf kleinstem Raum. Um
Bild auf einem Photon
das Bild, bestehend aus den Buchstaben
© University of Rochester
“UR”, zu erzeugen, nutzen die Forscher
um John Howell eine im Prinzip simple Methode, wie man sie auch vom
Schattentheater her kennt: Sie richteten einen Lichtstrahl auf eine
Schablone mit ausgesparten Buchstaben. Doch die Wissenschaftler
reduzierten dann das Licht so weit, bis nur noch ein einziges Photon die
Schablone passierte.
Welle und Teilchen zugleich
Und jetzt kam die Quantenmechanik ins Spiel: Denn die Besonderheit der
Lichtteilchen, so wie vieler Elementarteilchen, ist es, in diesen
Größenordnungen sowohl Eigenschaften eines Teilchens als auch einer
Welle zu besitzen. Während ein Teilchen nur punktuelle Informationen
der Schablone aufnehmen könnte, kann das Photon in seiner
Welleneigenschaft alle Teile der Schablone auf einmal berühren und
gewissermaßen den „Schatten“ der Schablone mit sich tragen.
http://www.scinexx.de/index.php?cmd=wissen_details&id=5955&datum=2007-01-22 (1 von 3)14.12.2007 15:31:20
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Der aus dem einzigen Photon bestehende Lichtpuls gelangte dann in eine
rund zehn Zentimeter große Kammer mit auf 100 Grad erhitztem
Cäsiumgas, wo er verlangsamt und komprimiert wurde. Auf diese Weise
konnten die Wissenschaftler mehrere Pulse gleichzeitig in dieser Kammer
speichern. „Man kann eine enorme Menge an Information in einem
Lichtpuls speichern“, erklärt Ryan Camacho, Hauptautor der Studie.
„Aber normalerweise, wenn man versucht, den Puls zu puffern, verliert
man viel von dieser Information wieder. Wir zeigen, dass es möglich ist,
selbst bei sehr niedrigen Lichtintensitäten eine große Informationsmenge
mit extrem starkem Signal und wenig Rauschen zu gewinnen.“
„Pufferung“ des Lichts entscheidend
Die so genannte optische Pufferung ist einer der Knackpunkte in der
Entwicklung optischer Speichermedien. Denn bei der Umwandlung der
optischen Informationen zurück in elektrische Signale entstehen
Zeitverzögerungen, die durch ein kurzzeitiges Puffern des Lichts
abgefangen werden müssen. Die Methode der Forscher um Howell folgt
hier einem vollkommen neuen Ansatz, der alle entscheidenden
Eigenschaften des Pulses konserviert. Es gibt nahezu keine Verzerrung,
keine Diffraktion und auch die Phase und Amplitude des Originals bleiben
erhalten.
“Es klingt unmöglich, aber statt nur Nullen und Einsen zu speichern,
haben wir ein ganzes Bild gespeichert“, erklärt Howell. „Es ist analog zum
Unterschied zwischen einer Fotoaufnahme aus nur einem Pixel und einer
Kameraaufnahme – dies ist wie eine Sechs-Megapixel-Kamera.“
Bisher ist es dem Forscher gelungen, Lichtpulse um 100 Nanosekunden
zu verzögern und sie auf ein Prozent ihrer ursprünglichen Länge zu
komprimieren. Jetzt arbeitet er daran, Dutzende von Pulsen für mehrere
Millisekunden zu verzögern. „Jetzt möchte ich sehen, ob wir etwas
nahezu permanent verzögern können, selbst auf der Ebene eines
einzelnen Photons“, erklärt Howell. „Wenn wir das schaffen, haben wir die
Möglichkeit, unglaubliche Mengen von Information in nur wenigen
Photonen zu speichern.
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