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Internet-Kabel in Großaufnahme

Nächster Schritt Richtung Quanteninternet

Wenn es nach den Visionen von Physikern geht, könnte das Internet in Zukunft aus vernetzten Quantencomputern bestehen. Innsbrucker Forscher haben nun eine Grundlage dafür geschaffen: eine Schnittstelle zum Quanteninternet.

Physik 04.02.2013

Quanteninformation übertragen

Noch ist nicht klar, wie der Quantencomputer der Zukunft aussehen wird. Vielversprechend sind etwa einzelne Atome, die in Ionenfallen gefangen und mit Lasern manipuliert werden. Diese Technologie haben jedenfalls Innsbrucker Physiker bei ihrem Weltrekord verwendet: Er steht derzeit bei 14 verschränkten Ionen ("Quantenbits").

Damit können die Forscher bereits erfolgreich Quantenrechnungen durchführen, wenn auch noch in kleinem Maßstab. Künftig sollen Quantencomputer bestimmte Probleme wesentlich schneller lösen als klassische Rechner.

Was aber noch fehlt, sind funktionstüchtige Schnittstellen, mit denen die Quanteninformation über Lichtleiter von einem Computer zum nächsten übertragen werden kann. Doch das ist nicht so simpel, denn Quanteninformation kann aufgrund der Gesetze der Quantenmechanik nicht einfach kopiert werden.

Die Studie

Quantum-state transfer from an ion to a photon, Nature Photonics (3.2.2013; doi: 10.1038/nphoton.2012.358).

Forscher um Tracy Northup und Rainer Blatt vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck haben es nun geschafft, erstmals die Quanteninformation eines in einer Ionenfalle gespeicherten Atoms gezielt auf ein Photon zu übertragen.

Lichtteilchen als Übeträger

Sie haben dazu ein einzelnes Kalziumatom in einer Ionenfalle gefangen, es zwischen zwei stark reflektierenden Spiegeln positioniert - und mit einem Laser die gewünschte Quanteninformation im elektrischen Zustand des Atoms "gespeichert". Wurde das Atom dann mit einem zweiten Laser angeregt, sendete es 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“, erklären die Doktoranden Andreas Stute und Bernardo Casabone in einer Aussendung der Uni. Im Atom ist die Information dann nicht mehr vorhanden.

Danach leiteten die Physiker das Lichtteilchen in eine Glasfaser, wo es im Prinzip an beliebig entfernte Quantencomputer gesendet werden könnte. Dort würde sich, so zumindest die Idee, das Verfahren umkehren: Die Information würde vom Photon wieder auf ein Atom übertragen werden.

Die Innsbrucker Physiker haben im Vorjahr ein ähnliches Experiment in der Fachzeitschrift "Nature" veröffentlicht. Damals wurde allerdings der Zustand von einem Atom mit dem eines Photons verschränkt. Eine solche Verschränkung kann für ein anderes Kommunikationsprotokoll verwendet werden.

Verschränkung ist ein charakteristisches Phänomen der Quantenmechanik. Zwei verschränkte Teilchen bleiben über beliebige Distanzen miteinander verbunden. Was immer man mit einem Teilchen tut, beeinflusst sofort auch den Zustand des anderen Teilchens.

science.ORF.at/APA

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