Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Datenhighways für Quanteninformation

12.06.2013
An der TU Wien werden Atome quantenphysikalisch an Glasfaserkabel gekoppelt.

Nun konnte gezeigt werden, dass sich auf diese Weise Quanteninformation lange genug speichern lässt, um weltumspannende Glasfaser-Quantennetzwerke zu realisieren.


Atome, gekoppelt als Glasfasern - die Basis für ein weltumspannendes Kommunikationsnetz der Zukunft? F. Aigner, TU Wien

Werden wir in Zukunft Emails quantenkryptographisch versenden? Werden wir über gewöhnliche Glasfaserkabel Quantenzustände zwischen Kontinenten teleportieren können? Ultra-dünne Glasfasern, an die lasergekühlte Atome angekoppelt werden, eignen sich hervorragend für Anwendungen der Quantenkommunikation.

In Experimenten an der TU Wien konnte nun gezeigt werden, dass solche Glasfasern Quantenzustände lange genug speichern können, um zukünftig Atome über eine Distanz von hunderten Kilometern miteinander quantenmechanisch zu verschränken. Damit ist ein Grundbaustein geschaffen, mit dem man ein globales Glasfaser-Quantenkommunikationsnetz aufbauen kann.

Atome und Licht

„In unserem Experiment verbinden wir zwei unterschiedliche quantenphysikalische Systeme“, erklärt Prof. Arno Rauschenbeutel (Vienna Center for Quantum Science and Technology und Atominstitut der TU Wien). „Einerseits nutzen wir Licht in Glasfaserkabeln, über die man Quanteninformation hervorragend transportieren kann, und andererseits Atome, mit denen man die Information sehr gut speichern kann.“
Indem man die Atome etwa 200 Nanometer entfernt von einer Glasfaser festhält, die selbst nur 500 Nanometer dick ist, kann man eine sehr starke Wechselwirkung zwischen Licht und Atomen erreichen – so lässt sich Quanteninformation zwischen den beiden Systemen austauschen. Dieser Austausch ist die Grundlage für Technologien wie Quantenkryptographie und Quantenteleportation.

Derzeit gibt es unterschiedliche Ideen für Systeme, die sich für quantenmechanische Operationen und für Quanteninformationsaustausch zwischen Licht und materiellen Speichern nutzen lassen. Bei den meisten von ihnen ist es allerdings schwierig, Information effizient hineinzubringen und wieder herauszulesen. Bei der an der TU Wien entwickelten Technologie allerdings ist genau dieser Schritt sehr einfach: „Ein ganz normales Glasfaserkabel, wie man es schon heute zur Datenübertragung verwendet, wird in den Versuchsaufbau hinein und wieder herausgeführt“, sagt Arno Rauschenbeutel. „Unser Quanten-Glasfaserkabel lässt sich also direkt in schon bestehende Glasfasernetze einfügen.“

Stabiler Quantenspeicher

Dass sich Atome kontrolliert und effizient an die Glasfaser ankoppeln lassen, hat die Forschungsgruppe schon in der Vergangenheit gezeigt. Unbeantwortet war bisher allerdings noch die Frage, ob Quanteninformation in den Atomen auch tatsächlich lange genug gespeichert werden kann, um eine quantenphysikalische Übertragung über lange Strecken zu ermöglichen. Nach einer gewissen Zeit verlieren die Atome nämlich ihre eingeschriebene Information und geben sie an die Umgebung ab – man spricht von „Dekohärenz“.

„Durch einige spezielle Tricks ist es uns gelungen, die Kohärenzzeit der Atome trotz des kleinen Abstands zur Glasfaser auf mehrere Millisekunden zu verlängern“, sagt Rauschenbeutel. In einer Millisekunde bewegt sich Licht in Glasfasern etwa 200 Kilometer weit – in dieser Größenordnung liegt daher die maximale Distanz, die auf diese Weise durch Verschränkung von Atomen überbrückt werden könnte.

Ein realistisches Konzept für ein globales Quantennetzwerk

Auch heute hat man in ganz gewöhnlichen Glasfaserleitungen das Problem, dass die Reichweite des Lichts begrenzt ist: Je länger das Kabel, umso schwächer wird das Signal. Man baut daher Repeater-Stationen ein, die das Signal in bestimmten Abständen verstärken – dadurch wird Kommunikation über den gesamten Globus möglich.
Ein bloßes Verstärken des Signals reicht in der Quantenphysik zwar nicht aus, trotzdem lassen sich auf etwas kompliziertere Weise auch Quanten-Repeater bauen. Sie erlauben es, lange Quantenverbindungen aus mehreren Teilstrecken zusammenzufügen. „Wenn man mit unseren Glasfaser-Atom-Systemen ein optisches Quantennetzwerk mit Repeater-Stationen aufbaut, dann könnte man rund um die Welt Quanteninformation übertragen und Quantenzustände teleportieren“, ist Arno Rauschenbeutel zuversichtlich.

Rückfragehinweis:
Prof. Arno Rauschenbeutel
Atominstitut
Vienna Center for Quantum Science and Technology
Technische Universität Wien
Stadionallee 2, 1020 Wien
T: +43-1-58801-141761
arno.rauschenbeutel@tuwien.ac.at
Weitere Informationen:
http://arxiv.org/pdf/1302.4792.pdf
Der Artikel erscheint diese Woche in „Physical Review Letters“.
Eine frei zugängliche Version finden Sie hier.

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Moleküle brillant beleuchtet
23.04.2018 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

nachricht Wie zerfallen kleinste Bleiteilchen?
23.04.2018 | Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Im Focus: Molecules Brilliantly Illuminated

Physicists at the Laboratory for Attosecond Physics, which is jointly run by Ludwig-Maximilians-Universität and the Max Planck Institute of Quantum Optics, have developed a high-power laser system that generates ultrashort pulses of light covering a large share of the mid-infrared spectrum. The researchers envisage a wide range of applications for the technology – in the early diagnosis of cancer, for instance.

Molecules are the building blocks of life. Like all other organisms, we are made of them. They control our biorhythm, and they can also reflect our state of...

Im Focus: Metalle verbinden ohne Schweißen

Kieler Prototyp für neue Verbindungstechnik wird auf Hannover Messe präsentiert

Schweißen ist noch immer die Standardtechnik, um Metalle miteinander zu verbinden. Doch das aufwändige Verfahren unter hohen Temperaturen ist nicht überall...

Im Focus: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

Mars Sample Return – Wann kommen die ersten Gesteinsproben vom Roten Planeten?

23.04.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Moleküle brillant beleuchtet

23.04.2018 | Physik Astronomie

Sauber und effizient - Fraunhofer ISE präsentiert Wasserstofftechnologien auf Hannover Messe

23.04.2018 | HANNOVER MESSE

Fraunhofer IMWS entwickelt biobasierte Faser-Kunststoff-Verbunde für Leichtbau-Anwendungen

23.04.2018 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics