Quantenoptik

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Die Quantenoptik, historisch auch Quantenelektronik, ist ein Teilgebiet der Physik, das sich mit der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie befasst. In Abgrenzung zur klassischen Optik ist Gegenstand der Quantenoptik die Erzeugung, die Ausbreitung, die Manipulation und der Nachweis von Licht in Situationen, in denen die durch die Quantenhypothese bedingte körnige Natur des Lichts nicht vernachlässigt werden kann.

Nach der Quantenhypothese weist Licht sowohl die typischen Charakteristika einer Welle wie auch eines Teilchenschwarms auf. Die elementaren Teilchen eines solchen Schwarms werden Photonen genannt. Ein einzelnes Photon besitzt dabei eine Energie von hf, mit dem Planckschen Wirkungsquantum h und der Frequenz f.

Fragestellungen der Quantenoptik berühren die Atomphysik, die Molekülphysik und die Physik strukturierter Festkörper. Anwendungen finden die Modelle und Erkenntnisse der Quantenoptik in der Laserphysik, der Halbleiterphysik, der Photonik und der Quantenchemie.

Experimente

Experimente in der Quantenoptik untersuchen die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie.

Als nahezu ideale Lichtquelle für Experimente hat sich hierbei der Laser herausgestellt, da dieser äußerst monochromatisch und kohärent ist.

Besondere Aufmerksamkeit fand die Quantenoptik auch ab den 1990er Jahren in Zusammenhang mit Experimenten über die Quantenphysik und zu Quantencomputern. Dabei haben die Physik-Nobelpreisträger des Jahres 2012, Serge Haroche und David Wineland, die Gültigkeit der quantenmechanischen Grundlagen (Lineare Superponierbarkeit quantenmechanischer Zustände, sowie „Zustandsprojektion“ als Folge von Quantenmessungen) auch bei (zerstörungsfreien!) Messungen an Einzelobjekten nachgewiesen.

Weitere Stichworte, die die große Zahl von Aspekten des Gebietes beleuchten, sind unter anderem:

Literatur

Weblinks

Wiktionary: Quantenoptik – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

News mit dem Thema Quantenoptik

15.03.2022
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Synthese unter Laserlicht
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15.06.2021
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25.03.2021
Quantenoptik
Sendungsverfolgung für eine Quantenpost
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Quantenoptik
Quantensysteme lernen gemeinsames Rechnen
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26.11.2020
Quantenphysik | Teilchenphysik
Das Protonenrätsel geht in die nächste Runde
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05.11.2020
Quantenoptik
Physiker entwickeln effizientes Modem für zukünftiges Quanteninternet
Physiker am Max- Planck-Institut für Quantenoptik haben die grundlegende Technologie für ein neues „Quanten-Modem“ entwickelt, mit dem sich in Zukunft Quanteninformation durch das bestehende Glasfasernetz senden lässt.
01.07.2020
Quantenoptik | Teilchenphysik
In das Innere der atomaren Materie blicken: Pikoskopie
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24.03.2020
Quantenoptik
Quantenoptiker zwingen Lichtteilchen, sich wie Elektronen zu verhalten
Auf der Basis theoretischer Überlegungen von Physikern der Universität Greifswald ist es gelungen, photonische topologische Isolatoren als Lichtwellenleiter zu realisieren, in denen sich Photonen wie Elektronen verhalten, und somit fermionische Eigenschaften zeigen.
10.01.2020
Wellenlehre | Quantenoptik
Laserphysik - Am Puls einer Lichtwelle
Physiker des Labors für Attosekundenphysik an der LMU und am Max-Planck-Institut für Quantenoptik und haben einen neuartigen Detektor entwickelt, mit dem sich der Verlauf von Lichtwellen exakt bestimmen lässt.
24.05.2019
Atomphysik | Quantenoptik
Direkte Abbildung von Riesenmolekülen
Physiker am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) konnten riesige zweiatomige Moleküle erzeugen und mit einem hochaufgelösten Mikroskop direkt abbilden.
23.05.2019
Teilchenphysik | Quantenphysik
Geometrie eines Elektrons erstmals bestimmt
Physiker am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) konnten riesige zweiatomige Moleküle erzeugen und mit einem hochaufgelösten Mikroskop direkt abbilden.
23.01.2019
Quantenoptik
Ein neues Zuhause für Ultrakurzzeit-Solitonen
Laserphysiker des Labors für Attosekundenphysik an der Ludwig-Maximilians-Universität und dem Max-Planck-Institut für Quantenoptik erzeugen erstmals dissipative Solitone in passiven Freistrahlresonatoren.
05.12.2018
Quantenoptik | Teilchenphysik
Lichtblitze aus dem Plasmaspiegel
Physiker des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik, der Ludwig-Maximilians- Universität München und der Umeå Universität haben relativistische Plasmen aus schnellen Elektronen erstmals genutzt, um intensive, isolierte Attosekunden-Lichtblitze zu erzeugen.
30.10.2018
Quantenphysik | Quantenoptik
Rydberg-Systeme als neue Plattform für Optische Quantenkommunikation und Quantennetzwerke
Durchbruch in der Quantenforschung: Mit elektromagnetisch induzierter Transparenz lassen sich starke Wechselwirkungen von Rydberg-Atomen auf Licht übertragen.
19.09.2018
Quantenphysik | Teilchenphysik
Was Einstein noch nicht wusste
Er liefert die Grundlage für Solarenergie und globale Kommunikation: der photoelektrische Effekt.
29.05.2018
Festkörperphysik | Quantenphysik | Quantenoptik | Teilchenphysik
Ultradünner Supraleiter ebnet Weg zu neuen quantenelektronischen Instrumenten
Forschern des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) ist es gemeinsam mit Kollegen aus Karlsruhe, London und Moskau gelungen, erstmals einen kohärenten Quanteneffekt mit einem bei tiefen Temperaturen kontinuierlich supraleitenden Nanodraht experimentell nachzuweisen und damit einen neuen Quantendetektor zu realisieren.
23.04.2018
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Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert.

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Rekonstruktion eines ungewöhnlichen Gravitationswellensignals
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Siedet eine Flüssigkeit in einem Gefäß, bilden sich am Boden winzige Dampfbläschen, die aufsteigen und Wärme mit sich nehmen.
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Mit einer auf Zufallszahlen basierenden Simulationsmethode konnten Wissenschaftler die Eigenschaften von warmem dichten Wasserstoff so genau wie nie zuvor beschreiben.
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15.11.2022
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Wenn eine Oberfläche nass wird, spielt dabei auch die Zusammensetzung der Flüssigkeit eine Rolle.