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Quantenphysik: Koinzidenz - Präparation eines einzelnen Photons
Das Wichtigste aus dem Video
Tipp auf eine Zeit – das Video springt genau dorthin.
Transkriptautomatisch erstellt · 65 Zeilen
- hallo in diesem Video erkläre ich für den Physikunterricht in der Kursstufe wie man ein einzelnes Photon mit der konsistenzmethode präpariert
- zunächst die Frage was ist an einzelnes Foto dazu zeige ich die Photonen Statistik die photonenstatistik sagt aus wie viel Photonen einem einzelnen
- Lichtpuls vorhanden sind auf der X-Achse ist die photonenzahl dargestellt also null Photonen ein Photon 2 3 4 und auf der Y-Achse die Wahrscheinlichkeit von
- einem einzelnen Photon spreche ich wenn ich in jedem Lichtpuls mit einer Wahrscheinlichkeit von 100% ein einzelnes Photon habe das heißt ich
- möchte eine Lichtquelle die mir genau diese Statistik liefert und damit kann ich dann Experimente mit einzelnen Photonen
- durchführen ganz oft nimmt man an dass man zum Beispiel einen Laserpointer der einzelnen Lichtimpulse aussendet ganz
- stark abschwächt und durch die Abschwächung findet man ganz viele Photonen raus und am Ende hat man ein einzelnes Photon übrig das schauen wir
- uns jetzt mal mit einer Messung der photonenstatistik an und das ganze sieht mit einem starken Filter so aus dass ich mit einer großen Wahrscheinlichkeit
- überhaupt kein Foto mehr in diesem Lichtpuls drin habe ein einzelnes Foto mit einer Wahrscheinlichkeit von 30%, aber ich habe auch zwei drei und vier
- Photonen in diesem Lichtpuls enthalten jetzt füge ich einfach noch einen weiteren Filter hinzu man kann erkennen dass ich jetzt ganz oft gar kein Foto
- haben aber auch ab und zu mal ein einzelnes aber auch zwei Photonen das ist eine sogenannte Posse Statistik und die Statistik bleibt auch beim
- abschwächen erhalten noch ein Filter das sieht das ganze so aus man erkennt jetzt deutlich ich habe ganz oft überhaupt kein Foto enthalten und ab
- und zu ein Foto tun aber mit dieser Statistik kann ich nicht experimentieren also mit dieser Lichtquelle ich brauche ein Lichtquelle die mir genau das hier
- liefern nämlich mit einer Wahrscheinlichkeit von 100% ein einzelnes Foto und pro Lichtpult
- es gibt Experimente sagen wir messen einzelne Photonen und die machen einfach folgendes die haben einen gepolsten Laser leiten den über zwei Spiegel über
- einen Abschwächung machen dann hier ein Doppelspaltexperiment und am Ende steht ein sogenannter einzelphoton Detektor das ist eine LPD aber Lounge Foto diet
- und diese macht nichts anderes als Klick und über dieses Klee kann ich sagen da war etwas nur das Problem ist von diesem Detektor er hat ein sehr hohes dunkel
- Rauschen das bedeutet er macht im komplett dunklen Raum ganz oft Klick obwohl er überhaupt nichts war er ist fast blind also wenn ein
- einzelnes Foto ankommt dann detektiert dieser Detektor dieses einzelne Photon nur mit einer Wahrscheinlichkeit von ca 40
- %. und dieser Detektor kann auch nicht unterscheiden wie intensiv ist das Licht das heißt kommen da in einem Lichtpuls ein zwei drei oder vier Photonen an das
- meint ein Klick von diesem Detektor ist alles mögliche nur nicht ein einzelnes Photon somit haben wir hier kein Quanten Experiment das ist die semik klassische
- Theorie das heißt das Licht kann ich als klassische elektromagnetische Welle behandeln und in Detektor als Quantensystem das ganze hat mir schon
- beim Foto Effekt auf dem Foto Effekt kann ich ohne die Quanten Natur des Lichts über eine klassische elektromagnetische Welle erklären
- jetzt wenn ich einen Trick an ich erzeuge in einem Kristall das ist dieser Kristall gleichzeitig zwei Photonen man nennt diesen Prozess permetik down
- conversion ich pumpe hier diesen Kristall mit einem geputzten Laser und mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit werden hier immer zwei Photonen imitiert
- über die Energie Erhaltung die alles im Photonen den schräg Weg treffen auf den eine Detektor und das andere Photon trifft auf diesen Detektoren
- Ereignisse werden gelöscht das heißt ich erzeuge hier ein Laserpuls dann hier zwei einzelne Photonen und bei diesem Puls zeigt keine Detektor etwas
- an dieses Ereignis wird gelöscht einzelne Ereignisse lösche ich genauso das bedeutet wenn dieser Detektor etwas detektiert und der nicht dann könnte es
- sein dass da zwar ein einzelnes Photon war der hat ihn nicht gesehen oder der hatte einfach ein dunkel Rausch Ereignis ich werde dieses Experiment nur dann aus
- wenn wirklich beide Direktoren gleichzeitig in einem Zeitfenster von zwei Nanosekunden etwas detektieren und das ist die konsistenzmethode und dann
- weiß ich dass ich hier ein einzelnes Photon habe als nächsten Schritt füge ich in diesen einen armexperimente ein wieder Doppelspalt ein strahltaler
- Würfel oder anderes und ich werde das Experiment immer nur dann aus wenn auf beiden Seiten gleichzeitig eine kurze Dance stattfindet die Frage ist es ein
- Foto also ist es ein teilbares Quantenobjekt dazu lasse ich das Photon einfach auf einen strahltaler Würfel hier wird das Photon entweder
- transmittiert oder reflektiert und ist Experiment zieht jetzt so aus ich habe auf der rechten Seite mein Trigger Detektor also die konsistenzmethoden auf
- der linken Seite mein reflektierten Pfad nach dem strahltalent transmittierten Pfad und ich werde das Experiment nur dann aus wenn auf beiden Seiten etwas
- gleichzeitig detektiert wird wenn es an einzelnes Foto ist ein unteilbare Portion dann detektieren nur die beiden gemeinsam etwas oder nur die beiden und
- niemals alle drei Detektoren zusammen weil sonst würde sich das Foto ja aufteilen die Argumentation für die Schule für den
- Unterricht die lichtportion teilt sich hier nicht während der Koinzidenz das bedeutet ich habe ein Foto die richtigen Physiker die wollen natürlich hier Werte
- sehen und ein Wert ist die Korrelationsfunktion zweiter Ordnung die unterscheidet sich je nach Art des Lichts und in diesem Experiment wurde
- gemessen eine Korrelationsfunktion zweiter Ordnung nahe dem Wert 0 also viel kleiner als eins das bedeutet auch für die fachflüssiger ich habe es hier
- wirklich mit einzelnen Photonen zu tun jetzt haben wir genug Theorie gemacht wir gehen jetzt ins Quanten Optik Labor und manchmal live solche Experimente
- naja live geht es leider nicht aber die Universität Erlangen Nürnberg hat das Quantum Lab erschaffen dort kann ich virtuell ein Experiment bedienen über
- eine Animation sozusagen und das wurde wirklich durchgeführt mit einem realen Daten wir machen jetzt drei Experimente erstens wir brauchen ein Experiment auf
- dann zeige ich das kontinentsexperiment und schließlich führen wir das Experiment am strahltaler durch zunächst möchte ich zeigen wie man einen
- Experiment aufbaut dazu blende ich dir die Erklärung ein ich werde jetzt relativ schnell durchgehen wenn es zu schnell geht der stoppt das Video und
- kann die Erklärung durchlesen ich habe hier ein optischen Tisch und nun baue ich ein Polarisator auf für den blauen Laser
- dieser wird über zwei Spiegel durch zwei Iriden geleitet die ihr reden brauche ich zur genauen Justage dann kommt ein Weg Simulator rein der simuliert mir die
- zwei Wege der Photonen schließlich baue ich den ersten Detektor auf und Blende hier rotes Licht von
- hinten ein um wieder den Weg über zwei Spiegel exakt zu justieren dann kommt der zweite Detektor auch hier verwende ich den Trick mit dem roten
- Licht von hinten sozusagen um den Weg optimal zu justieren und ganz am Ende baue ich diesen Kristall ein perlmetrie down conversion und dann kann mein
- Experiment starten das hier ist das kitzelt Strahlengangs als sieht man nicht real der blaue Laser und die Abstrahlung der beiden einzelnen
- Photonen im zweiten Experiment möchte ich die konsequenzmethode live zeigen dazu blende ich zunächst den virtuellen Strahlengang ein und ich erzeuge über
- den Button hier und blaue Laserpulse die diesen kristallpumpen und hier entsteht mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit zwei
- einzelne Photonen ich kann erkennen wenn ich hier drauf drücke auf blaue einzelpult ganz oft wird überhaupt nichts diktiert manchmal blinkt auch nur
- eine Detektor und manchmal blinken beide Direktoren auch zusammen wenn zusammen blinken dann ist es eine kronesidenz das heißt innerhalb eines Zeitfensters von
- zwei Nanosekunden hat jeder Detektor ein Proton registriert der Trick ist nun ich halte hier Laserpulse bis zur Konsistenz an nun
- drücke ich hier drauf und es werden so lange blaue einzelpulse erzeugt bis ich eine konsistenzmesse und dann stoppt das Experiment das bedeutet bei jedem
- Drücken habe ich nun eine Konsistenz das heißt ich habe hier einzelne Photonen präpariert nun kann ich zum Beispiel auf der Seite von Alice den Detektor
- wegmachen und kann ja ein Doppelspalt hinstellen ein strahltaler und werde das Experiment dann immer nur aus wenn ich ein Konsistenz Ereignis habe
- im dritten und letzten Experiment zeige ich die Unteilbarkeit einzelner Photonen dazu blende ich den Strahlengang ein ich erkenne ich habe nur noch ein Teil des
- Experimentes hier dargestellt nämlich den Teil von Bob hier habe ich ein strahltaler Würfel das Foto wird entweder transmitiert geht in Sektor mit
- dem roten Licht oder der reflektiert und geht in den Detektor mit dem grünen Licht auf der linken Seite des optischen Tisches habe ich die Seite von Alice mit
- dem Trigger Detektor und den Pumpe Kristall ich kann nun eine einzelne Messung durchführen und ich erkenne es blinkt entweder der rote oder der grüne
- Detektor niemals blinken beide Detektoren gleichzeitig das bedeutet mein Foto ist ein unheilbares Quantenobjekt
- was ich hier auch noch feststellen kann dass es absolut zufällig welcher Detektor etwas registriert das ist der Quanten Zufall
Zum Nachlesen
EinzelphotonenquelleBei einer Einzelphotonenquelle handelt es sich um eine fluoreszierende Lichtquelle, bei der nie zwei oder mehr Photonen gleichzeitig emittiert werden.
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