Topologische Effekte haben die Physik in den vergangenen Jahren um eine Reihe neuer Möglichkeiten zur Kontrolle und Manipulation von Zuständen bereichert. Im Falle topologischer Isolatoren werden ...Ladungsträger an Ober‐ und Grenzflächen geleitet, während das Volumen isolierend ist. Eine solche topologische Leitung wurde auch auf photonische Systeme mit Verstärkung erweitert. Unserer Arbeitsgruppe an der Universität Würzburg ist es nun in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Moti Segev am Technion in Israel sowie Forschern aus Jena und Oldenburg erstmals gelungen, eine Vielzahl vertikaler Laserresonatoren zu einem topologischen Laser zu kombinieren.
Jenseits von Parität und Zeit Heinrich, Matthias
Physik in unserer Zeit,
01/2021, Volume:
52, Issue:
1
Journal Article
Zusammenfassung
Innovative Design‐Ansätze für leistungsstarke photonische Bauelemente bedienen sich grundlegender Prinzipien aus anderen Teilgebieten der Physik. Parität‐Zeitumkehr‐Symmetrie ...(PT‐Symmetrie) ermöglicht durch das komplexe Zusammenspiel aus dämpfenden und verstärkenden Materialien neuartige Funktionalitäten und eine verlustfreie Manipulation optischer Signale. Allerdings sind gerade lichtverstärkende Medien technisch nur schwierig mit den nötigen mikroskopischen Strukturgrößen realisierbar. Hier bietet das aus der Teilchenphysik stammende Konzept der Supersymmetrie (SUSY) eine Lösung. Mit SUSY lassen sich „Superpartner“ zu Systemen kreieren, die im Fernfeld die gleichen optischen Eigenschaften zeigen. Trotzdem können die Superpartner in der Mikrostruktur abweichen, sodass zum Beispiel stark brechende, teure oder toxische Materialien entfallen können. In Bezug auf photonische Schaltkreise ermöglicht SUSY die Verwendung mehrmodiger Lichtleiter, die zugleich erhebliche Steigerungen der Übertragungsbandbreite und eine merkliche Senkung der Leistungsaufnahme versprechen.
Mit Ionen ist zu rechnen Linke, Norbert; Müller, Markus
Physik in unserer Zeit,
07/2020, Volume:
51, Issue:
4
Journal Article
ZusammenfassungQuantencomputer versprechen, spezielle, für Anwendungen hochinteressante Aufgaben zu lösen. An diesen NP‐harten Problemen scheitern herkömmliche Supercomputer. Eine Technik, die ...intensiv erforscht wird, ist der Ionen‐Quantencomputer. An ihm demonstriert dieser Artikel, wie der Quanten‐Suchalgorithmus von Lov Grover funktioniert. Programmiert werden solche Quantencomputer über einen Software‐Stack. Er übersetzt die Befehle der Nutzeroberfläche über verschiedene Stufen in die Laser‐Manipulation der Ionen‐Qubits. Bei den aktuell in Laboren laufenden Quantencomputern sind etwa zehn Ionen die Grenze, ab der das Rauschen der Quantengatter für zu große Fehler in den Rechnungen sorgt. In Zukunft soll eine Quantenfehlerkorrektur, die mehrere physische Qubits zu einem logischen Qubit verknüpft, Fehler erkennen können. Um die Zahl der Ionen zu steigern, soll die Kontrolle über die Laserpulse und die Fallenpotenziale verbessert werden. Zudem wird daran geforscht, mehrere Ionenfallen zum Beispiel via Photonenverschränkung miteinander zu verbinden. Mikrochip‐Ionenfallen sollen Ionen‐Quantencomputer miniaturisieren.
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