Unmögliches möglich gemacht: Physiker haben erstmals ein Hologramm nur eines einzigen Photons erzeugt – etwas, das bis vor kurzem als physikalisch nicht machbar galt. Doch die Forscher nutzen eine Technik, bei der die Wellenfunktion des Lichtteilchens für die nötige Interferenz sorgt. Damit gelang es ihnen erstmals, die Phase der Wellenfunktion eines Photons zu rekonstruieren und somit abzubilden, wie die im Fachmagazin „Nature Photonics“ berichten.
Um ein Hologramm zu erzeugen, benötigt man normalerweise einen geteilten Lichtstrahl. Einer trifft auf das abzubildende Objekt, einer strahlt direkt auf die Bildplatte. Weil sich durch die Reflexion am dreidimensionalen Objekt die Phasen des ersten Strahls gegenüber dem Referenzstrahl verschieben, entsteht ein Interferenzmuster – und aus diesem dann das Hologramm.
Damit jedoch erscheint ein Hologramm nur eines Lichtteilchens auf den ersten Blick als unmöglich. Denn ohne die aus vielen Photonen bestehende Welle und deren Wellenphasen keine Interferenz und damit auch kein Hologramm. Doch Radoslaw Chrapkiewicz und seine Kollegen von der Universität Warschau belehren uns nun eines Besseren. Sie haben ein Hologramm nur eines einzigen Photons erzeugt.
Schrödinger macht’s möglich
Der Trick dabei: Statt der Phase der Lichtwelle nutzen die Forscher ein typisches Phänomen der Quantenwelt: die sogenannte Wellenfunktion. Nach der berühmten Analogie von Schrödingers Katze kann ein Quantenteilchen theoretisch mehrere Zustände oder Orte gleichzeitig einnehmen, solange diese nicht gemessen werden. Die Aufenthalts-Wahrscheinlichkeit beispielweise eines Photons lässt sich daher als Wellenfunktion beschreiben.
