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 Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Astrophysik

nachricht Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt
22.06.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

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: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften