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Lichtspiralen : Streckenrekord auf den Kanaren

Quelle des verdrehten Lichtstrahls: Jacobus Kapteyn Teleskop auf La Palma Bild: IQOQI, Wien

Laserstrahlen, die sich schraubenförmig ausbreiten, haben Physiker aus Wien über eine Strecke von 143 Kilometern hinweg übertragen. Ein Rekord bei der Datenübertragung mit geschraubtem Laserlicht.

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          Lichtstrahlen mit einem besonderen optischen Dreh versprechen den digitalen Datentransfer kräftig zu beschleunigen. Weil sich eine solche Lichtwelle nicht streng geradlinig, sondern schraubenförmig entlang der Ausbreitungsrichtung fortpflanzt, lassen sich pro Photon mehr Informationen als üblich übermitteln. Dann stehen zur Codierung nicht nur die verschiedenen Schwingungsrichtungen (Polarsiationen) zur Verfügung, sondern auch die zahlreichen Drehimpulsquantenzahlen. Letztere sind dafür verantwortlich, dass sich eine Lichtwelle spiralförmig ausbreitet.   

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Unter Laborbedingungen hat man bereits Datenraten von mehreren tausend Gigabits (1 Gigabit entspricht 10⁹ Bits) pro Sekunde erzielt - ein Vielfaches dessen, was man bei der Übertragung mit herkömmlichen Laserstrahlen in Glasfasern schafft.

          Von La Palma nach Teneriffa in Null Sekunden

          Allerdings sind die bisher erreichten Übertragungswege für die praktische Anwendung noch viel zu kurz. Dass man mit sich spiralförmig ausbreitenden Lichtstrahlen Distanzen von mehr als hundert Kilometern überbrücken kann, wenn man den direkten Weg durch die Atmosphäre nimmt, haben Physiker von der Universität Wien in einem Freilandversuch demonstriert.

          Wie Anton Zeilinger und seine Kollegen in den „Proceedings“ der amerikanischen Nationalen Akademie der Wissenschaften berichten, wählte man als Ort für die jüngsten Versuche die 143 Kilometer voneinander entfernten Kanarischen Inseln La Palma als Sender und einen Empfänger auf Teneriffa.

          Dem schraubenförmigen Laserstrahl prägten sie zudem die Botschaft „Hello World“ auf, bevor sie ihn in Richtung Teneriffa losschickten. Auf der Nachbarinsel wurde der Laserstrahl auf eine weiße Wand geworfen. Eine Kamera registrierte das zeitlich und räumlich variierenden Intensitätsmuster. 

          Ein lernfähiges Computerprogramm filterte die störenden Einflüsse der Luftturbulenzen, denen der Laserstrahl auf seinem Weg ausgesetzt war, fast vollständig aus den Signalen heraus. Auf diese Weise konnte schließlich die ursprüngliche Nachricht „Hello World“ rekonstruiert werden, was bewies, dass die Verdrehung des Lichts auch bei großen Distanzen bestehen bleibt. Die Erfolgsrate lag bei gut 80 Prozent, ein recht beachtliches Resultat. Die Forscher um Zeilinger mussten für ihren Freilandversuch, mit dem sie ihren alten Streckenrekord  von 3 Kilometern deutlich übertrafen, allerdings zehn Nächte lang messen.  Nun gilt es zu zeigen, dass man Lichtschrauben auch tatsächlich für die Informationstechnologie nutzen kann.

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