Quanten-Hologramm: Metasurface-Trick verbindet Licht und Information

Quantenphysik und Nano-Technologie verschmelzen: Ein Team aus Hongkong und Großbritannien hat gezeigt, wie sich holografische Daten mit der Polarisation von Licht verschränken lassen - dank extrem dünner Metaoberflächen, die Quantenhologramme erzeugen.

Genial: Metaoberflächen erzeugen Quanten-Holo

Das Konzept basiert auf der sogenannten Quantenverschränkung, einem Phänomen, bei dem zwei Lichtteilchen (Photonen) miteinander verbunden bleiben, selbst wenn sie physisch getrennt sind. Ändert man die Eigenschaften eines Photons, beeinflusst dies sofort das andere. Die Innovation des Teams bestand darin, diese Verbindung zu nutzen, um Hologramme zu erstellen, die Informationen in Form von Buchstaben enthalten. Gleichzeitig wurden diese Hologramme mit der Polarisation - also der Schwingungsrichtung der Lichtwellen - der verschränkten Photonen gekoppelt.

Hier kommt die Technik der Metaoberflächen ins Spiel: Solche Oberflächen bestehen aus winzigen Nanostrukturen, die präzise angeordnet sind, um Licht auf besondere Weise zu manipulieren. In ihrem Experiment kodierte das Team spezifische Buchstaben - "H", "V", "D" und "A" - in die Metaoberfläche. Wurde ein Polarisationsfilter auf eines der verschränkten Photonen gesetzt, verschwand der entsprechende Buchstabe aus dem sichtbaren Hologramm. Dadurch konnte das Team erstmals zeigen, dass Hologramminformationen durch Quantenverschränkung kontrolliert werden können.


"Unser Experiment lässt sich als Quantenradierer auf holografischer Ebene verstehen. Anders als beim klassischen Doppelspalt-Quantenradierer verwenden wir zwei Hologramme statt zwei Spalten. Die Information, welches Hologramm aktiv ist, erhalten wir aus der Polarisation der verschränkten Photonen. Löschen wir diese Information, zeigt sich ein greifbarer Effekt: Holografische Buchstaben verschwinden", erläutert Wai Chun Wong, Mitautor der Studie.
Die Studie bringt ... ...u.a. Erkenntnisse für die Optik Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Advanced Photonics veröffentlicht. Die Methode könnte sicherere Kommunikation ermöglichen: Verschlüsselte Nachrichten würden als Hologramme übertragen, die nur mit dem passenden Polarisationsfilter - ähnlich einem physischen Schlüssel - lesbar wären. Gleichzeitig macht die Technik Fälschungen nahezu unmöglich, da jede Metaoberfläche einzigartige Muster aus verschränkten Photonen erzeugt, die sich nicht kopieren lassen.

Dazu kommen mögliche Fortschritte bei der Miniaturisierung: Statt komplexer Laboroptik reichen nun hauchdünne Metaoberflächen aus. Diese könnten Quantentechnologien wie abhörsichere Datenübertragung oder Sensoren in kompakte Geräte integrieren.

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