Ein Quantensprung für fortschrittliche Gyroskope mit dem Coherent Paladin Laser

Der Weg bis zum Verstehen der Atome ist eines der beeindruckendsten wissenschaftlichen Unterfangen in der Geschichte der Menschheit. Frühe Physiker wie Niels Bohr und Ernest Rutherford begannen im frühen 20. Jahrhundert damit, die Geheimnisse des Atoms aufzudecken und legten damit den Grundstein für die moderne Atomphysik. Rutherfords bahnbrechende Arbeit an der nuklearen Struktur des Atoms und Bohrs Modell der Elektronenbahnen waren wichtige technische Meilensteine in unserem Verständnis des Teilchenverhaltens. Mit unserem Wissen wuchs auch unsere Fähigkeit, Atomteilchen mit zuvor unerreichter Präzision zu manipulieren und zu studieren.

In der modernen Physik hat diese Grundlage zur Entwicklung fortschrittlicher Technologien wie Ionenfallen und Materiewellen-Interferenzen geführt. Mithilfe dieser Methoden können Wissenschaftler Atomteilchen mit außerordentlicher Genauigkeit kontrollieren und messen, was zu neuen Möglichkeiten in der Quantenmechanik und angewandten Technologien führt. Im Zentrum dieser richtungsweisenden Experimente stehen ausgeklügelte Laser, die eine wichtige Rolle bei der Manipulation von Atomzuständen spielen, präzise Messungen von Atomen ermöglichen und in Paaren als molekulare „Pinzetten“ eingesetzt werden, die in der Lage sind, ein einzelnes Atom an einem Ort festzuhalten.

Die Entwicklung fortschrittlicher Gyroskope mit dem Coherent Paladin 

Ein solcher Laser, der Coherent Paladin Laser, spielt im Bereich der Ionenfallen eine unverzichtbare Rolle. Dank seiner ultrakurzen Hochleistungspulse können Forscher mit dem Paladin Laser Ionen in Superpositionszustände versetzen und manipulieren, was innovative Experimente in der Quantenmechanik ermöglicht. Seine einzigartigen Eigenschaften eignen sich ideal dafür, Zustandsübergänge in Ionen auszulösen, was für Studien mit Materiewellen-Interferenzen und bei der Entwicklung hochmoderner Gyroskope unverzichtbar ist.     

Dr. Takashi Mukaiyama ist experimenteller Atomphysiker am Tokyo Institute of Technology mit über 20 Jahren Erfahrung.  Derzeit entwickelt Dr. Mukaiyama hochpräzise und kompakte Molekulargyroskope mithilfe von Technologien der Quantensensorik. Er nutzt die Prinzipien der Quantenmechanik und setzt mit dem Paladin modernste Lasertechniken ein, um in einem elektrischen Feld gefangene Ionen in mehrdimensionale Superpositionszustände zu versetzen und über Interferenzphänomene Rotationsbewegungen mit bisher unerreichter Präzision zu messen. 

In Dr. Mukaiyamas Forschungsarbeit mit dem Titel „Three-Dimensional Matter-Wave Interferometry of a Trapped Single Ion“ demonstrierte er dreidimensionale Materiewellen-Interferometrie unter Verwendung eines gefangenen 171Yb+-Ions und erreichte mithilfe der modengekoppelten Pulse des Paladin Lasers präzise Kontrolle über die Bewegungen dieses Ions.¹

Der Laser wurde verwendet, um die Bewegung des Ions durch stimulierte Raman-Übergänge einzuleiten und zu manipulieren, wodurch die Superpositionszustände erreicht werden konnten, die für Interferometrie unerlässlich sind. Er konnte konstruktive Interferenzen in ganzzahligen Mehrfachen der Fallenperioden beobachten und damit die 3D-Bewegung und theoretische Analyse bestätigen. Die Studie zeigte das Potenzial für ionenbasierte Quantensensorik-Anwendungen, und die Präzision des Lasers spielte eine entscheidende Rolle beim Erreichen dieser Ergebnisse. Zudem wurde der Paladin Laser speziell für industrielle und wissenschaftliche Anwendungen entwickelt und unterstützt einen kontinuierlichen Betrieb. Nachdem er aktiviert wurde, führt der Laser selbstständig seine Funktionen aus – mit gleichbleibender Konsistenz und optimaler Leistung, 24 Stunden am Tag, 7 Tage die Woche.

Der Ultrafast Paladin Laser eignet sich ideal für die Forschung im Bereich der Quantensensorik

Dr. Mukaiyama betonte die entscheidende Rolle des Lasers in seiner Forschung, indem er hervorhob, dass der Paladin Laser ultraschnelle Pulse (15 Pikosekunden) bei einer hohen Wiederholrate (120 Megahertz) unterstützte, wodurch er präzise Übergänge des Ionenzustands bei minimalen Energieverschiebungen erzielen konnte. Dr. Mukaiyama sagte: „Der Laser muss sehr leistungsfähig und extrem schnell sein. Die Laserpulse müssen also sehr kurz sein und die gesamte Laserleistung muss sehr hoch sein.“ 

Die geringe Übergangsbreite des Paladin Lasers von 355 Nanometern eignet sich perfekt für die Auslösung spezifischer Quantenzustandsübergänge, die für korrekte Interferenzmessungen unerlässlich sind, und erweitert die potenziellen Anwendungen der Gyroskop-Technologie deutlich. Der Laser spielte eine entscheidende Rolle dabei, dass Dr. Mukaiyama seine Forschungsziele erreichen konnte. Seine konsistente Leistung und Kompatibilität mit Ionenfallen-Aufbauten machen ihn zu einem enorm wichtigen Werkzeug für diese Experimente, die hohe Präzision und Reproduzierbarkeit erfordern. 

Dr. Mukaiyamas innovativer Ansatz für Ionenfallen und Materiewellen-Interferenzen stellt eine signifikante Verbesserung bei der Entwicklung quantenbasierter Gyroskope dar. Die Verwendung des Paladin Lasers von Coherent demonstrierte dessen hochmoderne Technik und Design, durch die Dr. Mukaiyama seine Forschung vorantreiben konnte. „Angesichts der Parameter für Laserleistung, Pulsdauer, Wellenlängen und Wiederholrate war der Paladin Laser ideal für meine Forschungsarbeiten, und ich konnte keinen anderen so gut geeigneten Laser finden.“ 

Mit der Hilfe des Paladin Lasers hat Dr. Mukaiyama unser Verständnis von Raum und Zeit erweitert – ein Photon nach dem anderen.

Referenzen

1. Shinjo, A., Baba, M., Higashiyama, K., Saito, R. & Mukaiyama, T. Three-Dimensional Matter-Wave Interferometry of a Trapped Single Ion. Phys. Rev. Lett. 126, 153604 (2021).

Weitere Erfolgsgeschichten anzeigen