Also, lass uns erfahren, was eigentlich ein Einzelphotonemitter ist. Es ist nur ein kleiner Materiefleck, der Photonen emittiert, also Lichtteilchen. Photonen: Photonen sind die grundlegenden Bausteine von Licht – Energiebits. Das ist es, was uns ermöglicht, die Dinge um uns herum zu sehen! Was an Einzelphotonemittern interessant ist, ist, dass sie nur eines nach dem anderen emittieren. Dies steht im starken Gegensatz zu normalen Lichtquellen, wie Glühbirnen oder der Sonne, die Millionen von Photonen gleichzeitig emittieren können. Stell dir eine Taschenlampe vor, die nur direkt vor deinem Gesicht leuchtet und nicht überallherum!
Erstaunlicherweise kann durch etwas Kleines und Kaltes viel über das Photon erfahren werden, was seit Jahren den Wissenschaftlern, die sich mit Einzelphotonemittern beschäftigen, interessant war. Kleine Teilchen können aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, wie zum Beispiel Diamanten und Silizium, die sie entdeckt haben. Jedes Material hat seine eigenen einzigartigen Eigenschaften, die es ermöglichen, als Einzelphotonemitter verwendet zu werden. Darüber hinaus haben Forscher gelernt, die von diesen Emittern ausgehenden Photonen zu kontrollieren und in anderen Aktivitäten einzusetzen.
Ein einzelner Photonemitter ist für die Quantenrechnung wichtig, da er die Bildung eines photonenbasierten Qubits ermöglicht. Qubits sind das quantenmechanische Gegenstück zu einem Bit in der klassischen Rechnung und bilden die grundlegende Informationseinheit. Bei photonenbasierten Qubits wird dabei statt Elektronen Photonentechnologie eingesetzt, um Informationen darzustellen. Sobald sie erstellt wurden, sind sie ungemein leistungsfähig, da sie sich mit anderen Qubits "verflechten" lassen können. Verschränkung (wenn zwei Qubits miteinander verflochten sind, sind sie miteinander verbunden) ermöglicht es ihnen, potenziell über große Entfernungen hinweg augenblicklich zu kommunizieren, ohne dabei Energie aufzuwenden. Das wäre so, als hätten zwei Freunde die Fähigkeit, telepathisch miteinander zu sprechen, selbst wenn sie drei Zeitzonen voneinander getrennt oder noch weiter entfernt wären!
Einzelphotonenemitter verbessern sich weiter, während Forscher neue Techniken ausprobieren. Veröffentlicht in Nature Photonics von Madhumitha Sastra und Serge Haroche. Forscher arbeiten intensiv an der Entwicklung der Technologie des Einzelphotonenemitters... medium.com Eine aktuellere Entdeckung befasst sich jedoch mit der Erstellung dieser einzigartigen Teilchen durch einen Prozess, der als 'Spannungsausrichtung' bekannt ist. Dabei wird die Geometrie eines Materials so manipuliert, dass winzige Flecken oder Defekte entstehen, die einzelne Elektronen fangen können. Sobald diese Elektronen freigesetzt werden, emittiert jedes von ihnen ein Photon, das Wissenschaftler einfangen können.
Phil Schlosserg an der Vanderbilt-Universität, einer meiner neuen Mitwirkenden im Bereich der Einzelphotonenemitter, betont: Einzelphotonenemitter sind nicht nur für die Quantenrechnung nützlich. Neue Zukunftsmöglichkeiten in Bildgebung und Sensoren: Diese Geräte werden auch in der Bildgebung umfangreich Anwendung finden, einschließlich wichtiger Verteidigungsanwendungen. Sie könnten zum Beispiel in der „Superresolution-Mikroskopie“ eingesetzt werden. Dies ist eine Methode, mit der Wissenschaftler noch feinere Bilder von sehr kleinen Dingen wie Zellen oder Molekülen erstellen können. Dies ist ein entscheidender Schritt, um zu verstehen, wie Dinge auf molekularer Ebene im Leben funktionieren.
Eine ebenfalls ziemlich bemerkenswerte Anwendung ist „Quanten-Sensing“ mit Einzelphotonemittern. Dabei handelt es sich um Quanten-Sensing, bei dem die Photonen spezielle Eigenschaften aufweisen, die es ihnen ermöglichen, winzige Änderungen in Temperatur oder Magnetfeldern zu messen. Diese könnten dazu verwendet werden, um winzige Probleme in Materialien oder Gesundheitsprüfungen des menschlichen Körpers zu erkennen,... Wir haben so etwas wie supersensible Sensoren, die in der Lage sind, Dinge wahrzunehmen, die völlig unbemerkt bleiben für unsere normalen Sinne.
Während Einzelphotonemitter großes Potenzial zeigen, um einen Schlüsselelement zukünftiger Technologien zu werden, gibt es noch einige Herausforderungen, mit denen Wissenschaftler fertig werden müssen. Der Hauptpunkt bei diesen Partikeln ist, dass sie ziemlich fragil sind. Sie sind potenziell empfindlich gegenüber Dingen wie Licht oder Wärme, und daher müssen Forscher die Moleküle schützen. Der eigentliche Durchbruch liegt in der Entdeckung neuer magnetischer Konfigurationen und was sie letztendlich leisten könnten, wenn man einen Weg finden würde, diese Partikel in der Praxis zu schützen.
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