Information eines Atoms vollständig auf Photon übertragen

4. Februar 2013, 20:48
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Tiroler Physiker schaffen Grundlage für Quantencomputer-Schnittstelle

Innsbruck - Im Quanten-Internet der Zukunft könnten Informationen durch Glasfasern übertragen werden. Dazu muss die Quanteninformation gezielt auf einzelne Lichtteilchen (Photonen) übertragen werden. Das ist Innsbrucker Physikern nun gelungen: Das Forschungsteam um Rainer Blatt und Tracy Northup vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck konnte die Quanteninformation eines Atoms vollständig auf ein Lichtteilchen übertragen. So kann die Information über die Glasfaser an einen entfernten Quantencomputer geleitet und dort wieder in ein Atom eingeschrieben werden. Die Studie ist in der Fachzeitschrift "Nature Photonics" erschienen.

Hintergrund Quantencomputer

Eine der vielversprechendsten Technologien zum Bau eines Quantencomputers sind Systeme mit einzelnen Atomen, die in sogenannten Ionenfallen gefangen und mit Lasern manipuliert werden. Im Labor wurden auf diese Weise schon wesentliche Bausteine eines zukünftigen Quantencomputers experimentell getestet. "Wir können heute mit Atomen bereits erfolgreich Quantenrechnungen durchführen", erklärten die Doktoranden Andreas Stute und Bernardo Casabone. "Was aber noch fehlt, sind funktionstüchtige Schnittstellen mit denen die Quanteninformation über Lichtleiter von einem Computer zum nächsten übertragen werden kann."

Entwickeltes Verfahren

Der erste Schritt wurde nun in Innsbruck geschafft: Die Physiker fingen ein einzelnes Kalziumatom in einer Ionenfalle und positionierten es zwischen zwei stark reflektierenden Spiegeln. "Mit einem Laser schreiben wir die gewünschte Quanteninformation in den elektrischen Zustand des Atoms ein", erklärte Stute. "Dann wird das Atom mit einem zweiten Laser angeregt und sendet dabei ein Photon aus. In diesem Moment schreiben wir die Quanteninformation des Atoms in den Polarisationszustand des Photons ein und übertragen sie so auf das Lichtteilchen."

Das Photon wird zwischen den Spiegeln gespeichert, bis es schließlich durch den weniger stark reflektierenden Spiegel davon fliegt. "Die beiden Spiegel lenken das Photon in eine ganz bestimmte Richtung. So kann es gezielt in die Glasfaser geleitet werden", erläuterte Casabone. Beim Empfänger kann die Quanteninformation mit diesem Verfahren wieder in ein Atom eingeschrieben werden. (red, derStandard.at, 4.2.2013)

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