Mit Chat-GPT generiertes Bild unter Verwendung des Prompts " Erstelle ein Bild von einem Satelliten in der Erdumlaufbahn, der über einen Laserstrahl mit einer Bodenstation verbunden ist. Sowohl auf dem Satelliten als auch auf der Bodenstation befindet sich ein Quantenspeicher. Sie befinden sich in einem verschränkten Quantenzustand." Copyright: Dennis Rätzel / ZARM, Universität Bremen

Photonen und Quantenspeicher im Erdgravitationsfeld

Um die Zusammenarbeit von Quantenphysik und der Theorie der Schwerkraft zu erforschen, eines der großen Geheimnisse der Physik, braucht es spezielle Experimente. Forscher des ZARM (Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation) an der Universität Bremen haben in der Zeitschrift „Quantum“ einen neuen Versuchsansatz vorgestellt. Dieser Ansatz untersucht, wie Schwerkraft auf die Bausteine von Quantensystemen wirkt.

Im Bereich der Weltraumtechnologie, wo diese winzigen Bausteine in Form von Lichtteilchen erzeugt und über große Entfernungen durch das Erdgravitationsfeld übertragen werden, ist es besonders wichtig, die Schwerkraftwirkungen zu verstehen. Ein interessantes Phänomen in diesem Zusammenhang ist die Entstehung einer besonderen Verbindung der Bewegung eines Quantensystems und seiner inneren Energiestruktur, auch Verschränkung genannt, in einem Schwerefeld. Diese Verbindung resultiert aus der „Zeitdehnung“ oder „Rotverschiebung“, bekannt aus der Theorie der Gravitation, die sich zwischen zwei physikalischen Systemen ergibt, wenn diese sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit oder in unterschiedlicher Höhe im Schwerefeld der Erde bewegen. Untersuchungen zu diesem Verhalten finden schon in verschiedenen Bereichen statt, darunter in der Atomphysik, der Physik der Lichtteilchen und bei Schallwellen in Quantenzuständen.

Das Forschungsteam hat diese Verbindung zwischen Bewegung und innerer Energiestruktur in Experimenten mit Lichtteilchen und Quantenspeichern analysiert. Sie präsentieren einen praktischen Versuchsaufbau und eine Studie, die zeigt, wie man diese Effekte auf kleinere Skalen als bisher vorgeschlagen beobachten kann. Ein solches Experiment würde helfen, theoretische Modelle zu testen, und die Effekte der Quantenphysik mit der Gravitationstheorie zu verknüpfen. Der Artikel in „Quantum“ liefert auch die erste detaillierte Untersuchung, wie die Schwerkraft Quantenspeicher im Weltraum beeinflusst, was für zukünftige globale Kommunikationsnetze auf Quantenbasis sehr wichtig sein könnte.

Die Publikation entstand in Zusammenarbeit mit Forschenden des Instituts für Physik und des IRIS Adlershof der Humboldt-Universität zu Berlin und des Ferdinand-Braun-Instituts.

Link zur Publikation: https://doi.org/10.22331/q-2024-02-29-1273

 

Wiss. Ansprechpartner:
Dr. Dennis Rätzel
dennis.raetzel(at)zarm.uni-bremen.de
0421 218-57935

Ansprechpartnerin für allgemeine Presseanfragen: 
Jasmin Plättner 
jasmin.plaettner(at)zarm.uni-bremen.de
0421 218-57794

""