Heimische Quantenforscher schalten störendes Rauschen aus

29. März 2017, 17:02
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Fast wie verschränkt: Wiener und Innsbrucker Team finden unabhängig voneinander ähnliche Lösungen

Wien/Innsbruck – Einen vielversprechenden Ansatz zur zuverlässigen Übertragung von Quanteninformation haben unabhängig voneinander Forschungsteams der Technischen Universität (TU) Wien und der Universität Innsbruck vorgelegt. Supraleitende Quantenbits oder Qbits kann man sich als winzige Schaltkreise vorstellen, die zwei verschiedene Zustände gleichzeitig annehmen können. Ist das der Fall, spricht man von Quanten-Überlagerung.

Gelingt es, diesen Effekt zu kontrollieren, könnten mit Photonen im Mikrowellenbereich – dem Schwerpunkt der Wiener Gruppe – abhörsichere Datenverbindungen aufgebaut oder einmal Quantencomputer miteinander vernetzt werden. Dazu muss es aber möglich werden, die Quanten-Informationen verlässlich von einem Qbit auf ein anderes zu übertragen. Das Problem dabei ist, dass sich die Quanteneigenschaften nur bei Temperaturen nahe am absoluten Nullpunkt (bei ungefähr minus 273 Grad Celsius) zeigen. Macht man sozusagen einen Schritt aus dem geschützten kalten Bereich heraus, überlagert ein durch die Wärme verursachtes intensives Rauschen die schwachen Quantensignale in der Verbindungsleitung.

Möglicher Lösungsweg

Unabhängig voneinander und zur gleichen Zeit haben nun Theoretiker der beiden Unis einen verblüffend ähnlichen Zugang zur Lösung des Problems gewählt und berichten darüber in den Fachblättern "Physical Review Letters" (das Team aus Innsbruck) und "Physical Review X" (die Wiener Gruppe). Im Grunde setzen beide auf ein zusätzliches Element am Anfang und Ende der Leitung – einen sogenannten Quanten-Oszillator.

"Die Grundidee ist, dass das thermische Rauschen den Oszillator beim Sender und Empfänger gleich beeinflusst", erklärte Peter Rabl vom Atominstitut der TU. "Daher ist es möglich, durch präzise Kontrollpulse den störenden Einfluss dieses Rauschens wieder exakt vom schwächeren Quanten-Signal zu trennen", so Benoit Vermersch, der an der Uni Innsbruck im Team von Peter Zoller arbeitet. "Es bleibt also nur das gewollte Signal übrig. Im Prinzip wird so die Übertragung von Quanteninformation durch verrauschte Kanäle möglich", ergänzte Rabl.

Obwohl beide Forschungsgruppen sich mit ähnlichen Themen beschäftigen, "war es aber für alle überraschend, dass wir so ähnliche Grundideen hatten", so Rabl. Das zeige aber auch, dass man vermutlich auf dem richtigen Weg ist und Österreich in diesem Gebiet "vorne mit dabei ist".

Noch in den Kinderschuhen

Punkto Realisierung der Konzepte müsse man die Kirche jedoch noch im Dorf lassen. Im Moment funktioniere das Aussenden und wieder Einfangen von einzelnen Photonen sozusagen noch "innerhalb eines einzelnen Kühlschranks", erklärte Rabl. Eine Übertragung mittels Kabel zwischen zwei solchen Einheiten im Labor wäre schon ein großer Schritt. Laut Berechnungen ließen sich mit dem neuen Übertragungsprotokoll aber einmal Qbits mit Mikrowellenleitungen über hunderte Meter hinweg verbinden. (APA, red, 29. 3. 2017)

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