Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mit elektronischer Schaltung teleportiert

15.08.2013
Noch können ETH-Forschende keine Gegenstände oder Personen aus Fleisch und Blut durch das All «beamen», wie das in Science-Fiction-Filmen gezeigt wird. Ihnen gelang es jedoch, Informationen von A nach B zu teleportieren – zum ersten Mal auf einem Chip, ähnlich einem Computerchip.

Physikern der ETH Zürich ist es erstmals gelungen, eine Information in einem sogenannten Festkörpersystem zu teleportieren. Dies gelang den Forschern auf einem Chip. Er unterscheidet sich von einem herkömmlichen Computerchip dadurch, dass die Informationen darauf nicht nach den Gesetzen der klassischen Physik, sondern nach jenen der Quantenphysik gespeichert und verarbeitet werden.

In einer in der jüngsten Ausgabe der Fachzeitschrift «Nature» publizierten Studie gelang es den Forschenden, Information über sechs Millimeter zu teleportieren, von einer Ecke des Chips in die gegenüberliegende Ecke. Dies nota bene ohne dass bei der Informationsübertragung physikalische Teilchen den Weg von der Sender-Ecke in die Empfänger-Ecke zurückgelegt hätten.

«Bei der gewöhnlichen Telekommunikation wird die Information über elektromagnetische Impulse übertragen. Beispielsweise transportiert man im Mobilfunk gepulste Radiowellen und in Glasfaserverbindungen gepulste Lichtwellen», erklärt Andreas Wallraff, Professor am Laboratorium für Festkörperphysik und Leiter der Studie.

Bei der Quantenteleportation hingegen transportiere man nicht den Informationsträger selbst, sondern ausschliesslich die Information. Dies, indem man quantenmechanische Eigenschaften des Systems nutze, insbesondere die Verschränkung von Sende- und Empfängereinheit. Damit ist eine für Nicht-Physiker «magisch» anmutende Verbindung gemeint, die die Gesetze der Quantenphysik nutzt.

«Wie beim Beamen»
Zur Vorbereitung der Quantenteleportation bringt man Sende- und Empfängereinheit in einen verschränkten Zustand. Anschliessend können die beiden Einheiten physikalisch voneinander getrennt werden, denn der verschränkte Zustand bleibt erhalten. Beim Experiment programmieren die Physiker in der Sendeeinheit eine quantenmechanische Information. Weil die beiden Einheiten miteinander verschränkt sind, kann man diese Information auch in der Empfängereinheit ablesen. «Quantenteleportation ist vergleichbar mit dem Beamen in der Science-Fiction-Serie Star Trek», sagt Wallraff. «Die Information reist nicht von Punkt A zu Punkt B. Vielmehr erscheint sie an Punkt B und verschwindet an Punkt A, wenn man sie an Punkt B abliest.»
Hohe Übertragungsrate
Die Distanz von sechs Millimetern, über die die ETH-Forscher teleportierten, mag im Vergleich mit anderen Teleportationsexperimenten kurz erscheinen. Vor einem Jahr ist es beispielsweise österreichischen Wissenschaftlern gelungen, eine Information über mehr als hundert Kilometer zwischen den beiden Kanarischen Inseln La Palma und Teneriffa zu teleportieren. Dieser und ähnliche Versuche waren jedoch grundlegend anders, da es sich dabei um optische Systeme mit sichtbarem Licht handelte. Den ETH-Forschenden ist es hingegen zum ersten Mal gelungen, Informationen in einem System mit supraleitenden elektronischen Schaltungen zu teleportieren. «Das ist interessant, weil solche Schaltungen wichtige Elemente für den Bau von zukünftigen Quantencomputern sind», sagt Wallraff. Ein weiterer Vorteil des Systems der ETH-Wissenschaftler: Es ist extrem schnell und deutlich schneller als die meisten bisherigen Teleportationssysteme. Pro Sekunde lassen sich damit etwa 10‘000 Quantenbits übertragen.
«Wichtige Zukunftstechnologie»
Als nächstes möchten die Forschenden mit ihrem System den Abstand zwischen Sender und Empfänger vergrössern. Zunächst möchten sie versuchen, Information von einem Chip auf einen anderen zu teleportieren. Und langfristig geht es darum zu erforschen, ob man mit elektronischen Schaltungen auch über grössere Distanzen Quantenkommunikation betreiben kann, so wie das jetzt mit optischen Systemen gemacht wird.

«Teleportation ist eine wichtige Zukunftstechnologie auf dem Gebiet der Quan-teninformationsverarbeitung», sagt Wallraff. Damit lasse sich beispielsweise Information auf einem Quantenchip oder in einem zukünftigen Quantenprozessor von einem Punkt zu einem anderen transportieren. Gegenüber den heutigen Informations- und Kommunikationstechnologien, die auf der klassischen Physik beruhen, hat quantenphysikalische Information den Vorteil, dass die Informationsdichte viel höher ist: In Quantenbits lässt sich mehr Information speichern und effizienter verarbeiten als in der gleichen Anzahl klassischer Bits.

Original: Steffen L, Salathe Y, Oppliger M, Kurpiers P, Baur M, Lang C, Eichler C, Puebla-Hellmann G, Fe-dorov A, Wallraff A: Deterministic quantum teleportation with feed-forward in a solid state system. Nature, 2013, 500: 319-322, doi: 10.1038/nature12422.

Weitere Informationen:
ETH Zürich
Prof. Andreas Wallraff
Laboratorium für Festkörperphysik
andreas.wallraff@phys.ethz.ch

Franziska Schmid | ETH Zürich
Weitere Informationen:
http://www.ethz.ch

Weitere Berichte zu: Computerchip ETH Physik Quantenbit Quantenphysik Quantenteleportation Schaltung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Auf dem Weg zur optischen Kernuhr
19.04.2018 | Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

nachricht Laser erzeugt Magnet – und radiert ihn wieder aus
18.04.2018 | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

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: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Im Focus: Gammastrahlungsblitze aus Plasmafäden

Neuartige hocheffiziente und brillante Quelle für Gammastrahlung: Anhand von Modellrechnungen haben Physiker des Heidelberger MPI für Kernphysik eine neue Methode für eine effiziente und brillante Gammastrahlungsquelle vorgeschlagen. Ein gigantischer Gammastrahlungsblitz wird hier durch die Wechselwirkung eines dichten ultra-relativistischen Elektronenstrahls mit einem dünnen leitenden Festkörper erzeugt. Die reichliche Produktion energetischer Gammastrahlen beruht auf der Aufspaltung des Elektronenstrahls in einzelne Filamente, während dieser den Festkörper durchquert. Die erreichbare Energie und Intensität der Gammastrahlung eröffnet neue und fundamentale Experimente in der Kernphysik.

Die typische Wellenlänge des Lichtes, die mit einem Objekt des Mikrokosmos wechselwirkt, ist umso kürzer, je kleiner dieses Objekt ist. Für Atome reicht dies...

Im Focus: Gamma-ray flashes from plasma filaments

Novel highly efficient and brilliant gamma-ray source: Based on model calculations, physicists of the Max PIanck Institute for Nuclear Physics in Heidelberg propose a novel method for an efficient high-brilliance gamma-ray source. A giant collimated gamma-ray pulse is generated from the interaction of a dense ultra-relativistic electron beam with a thin solid conductor. Energetic gamma-rays are copiously produced as the electron beam splits into filaments while propagating across the conductor. The resulting gamma-ray energy and flux enable novel experiments in nuclear and fundamental physics.

The typical wavelength of light interacting with an object of the microcosm scales with the size of this object. For atoms, this ranges from visible light to...

Im Focus: Wie schwingt ein Molekül, wenn es berührt wird?

Physiker aus Regensburg, Kanazawa und Kalmar untersuchen Einfluss eines äußeren Kraftfeldes

Physiker der Universität Regensburg (Deutschland), der Kanazawa University (Japan) und der Linnaeus University in Kalmar (Schweden) haben den Einfluss eines...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

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

Nachhaltige und innovative Lösungen

19.04.2018 | HANNOVER MESSE

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Auf dem Weg zur optischen Kernuhr

19.04.2018 | Physik Astronomie

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