ApresSF

Bei jeder Messung stellt sich die Frage nach deren Auflösung. Das bestbekannte Beispiel hierfür ist die Bildgebung. Zwei Punkte verschwimmen ineinander, wenn die räumliche Auflösung des Messapparates – zum Beispiel der verwendeten Kamera – nicht hoch genug ist. Dasselbe Prinzip findet sich auch in der Spektroskopie (Farbauflösung) oder bei sogenannten „time-of-flight“-Messungen (Zeitauflösung) wieder. Mit Methoden der Quanteninformationstheorie und der Quantenoptik können diese Auflösungsgrenzen allerdings umgangen und damit Objekte getrennt betrachtet werden, die mit Standardmethoden klassisch nicht aufzulösen sind.

Im Projekt ApresSF „Application-ready superresolution in space and frequency” (Anwendungsbereite Superauflösung in Raum und Frequenz) sollen neue quanteninformationstheoretische Ansätze für die Realisierung von Messungen mit Auflösungen jenseits der klassischen Grenzen erforscht und im Experiment umgesetzt werden. Dabei arbeiten diese Ansätze am fundamentalen Quantenlimit, sind also beweisbar ideal für die jeweilige Messaufgabe geeignet. Die experimentellen Demonstrationen legen besonderes Augenmerk auf eine einfache und robuste Umsetzung, womit sie als Grundlage für eine spätere Technologieentwicklung dienen können.

Das Ziel des Projekts ist die ressourcensparende Demonstration von spektraler und zeitlicher Superauflösung am Quantenlimit auf extremen Skalenbereichen. Dabei werden eine spektrale Auflösung im Megahertzbereich sowie eine zeitliche Auflösung auf Femtosekunden-Zeitskalen angestrebt. Mehrere Parameter werden simultan bestimmt. Ein Beispiel hierfür wäre der Zeitabstand zweier unterschiedlich heller Lichtpulse, sowie deren Helligkeit – eine Parameterkombination, die speziell für lichtbasierten Abstandsmessungen von besonderem Interesse ist. Die Grundlage hierfür bildet eine Theorieplattform, welche es ermöglicht, ideale Messungen zu identifizieren und die von den Projektpartnern erbarbeitet wird. Die Universität Paderborn wird diese in maßgeschneiderten Experimenten umsetzen. Dazu werden neue Wellenleiterbauteile entwickelt, gefertigt, charakterisiert und schließlich in Experimenten eingesetzt. Als Resultat werden zudem neue Formen komprimierter Messungen entwickelt, welche die angestrebte Auflösung mit deutlich weniger Messereignissen erzielen als konventionelle Ansätze. Dies ist besonders bei lichtarmen Messungen, zum Beispiel in der Astronomie, von Vorteil.

Die Ergebnisse des Projekts legen die Grundlagen für neue, bessere Messapparate, welche das gesamte Potential der Quantenmechanik ausschöpfen und somit als integraler Bestandteil der zweiten Quantenrevolution eine wichtige Rolle einnehmen: Sie sind vielversprechende Kandidaten für zeitnahe Quantentechnologien, die im Alltag Einzug erhalten können.