Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Frequenz-Konverter für Quantenteilchen: Neuer Baustein für die Quantenkommunikation entwickelt

09.10.2014

Physikerinnen der Saar-Uni um Professorin Giovanna Morigi haben einen neuen Baustein für die Quantenkommunikation entwickelt.

Gemeinsam mit Wissenschaftlern der TU Kaiserslautern schlagen sie ein Verfahren vor, das einen Frequenz-Konverter für einzelne Photonen verwirklicht: Dieser überträgt die Information einzelner Lichtteilchen effizient zwischen Telekom-Glasfaserkabeln und supraleitenden Quantenbits im Mikrowellen-Frequenzbereich und schließt so eine bestehende Lücke in der Quantenkommunikation. Die wissenschaftliche Arbeit wurde im August in Physical Review Letters publiziert.

Bereits heute werden mithilfe von Glasfaserkabeln Informationen mit Lichtgeschwindigkeit verschickt. Diese schnelle und robuste Informationsübertragung durch Licht will man in der Quantenwelt erreichen, um sichere Telekommunikation zu gewährleisten. Eine vielversprechende Speichereinheit für die Verarbeitung der Quanteninformation ist das sogenannte supraleitende Quantenbit (Superconducting Qubit).

Qubits arbeiten nicht in der Lichtfrequenz der Glasfaserkabel, sondern im Frequenzbereich von Mikrowellen (im cm-Bereich). Diese Wellenlängen sind für die Übertragung über weite Strecken jedoch ungeeignet, da sie leicht absorbiert werden, wodurch Information verloren geht.

Die Lücke zwischen der Informationsübertragung per Lichtsignalen und dem Auslesen und Weiterverarbeiten von Daten in Mikrowellen-Frequenzen haben nun Physiker der Universität des Saarlandes geschlossen: Professorin Giovanna Morigi, die auf dem Gebiet der theoretischen Quantenphysik forscht, und ihre Doktorandin Susanne Blum haben gemeinsam mit Forscherkollegen der TU Kaiserslautern ein Verfahren entwickelt, mit dem die Frequenz eines einzelnen Telekom-Photons in die Wellenlänge von Quanten-Bits (Qubits) übertragen werden kann.

Das soll durch die Kopplung an einen Kristall geschehen, in den Metallionen seltener Erden eingebracht wurden. Der Kristall agiert als Quanten-Konverter: Er absorbiert ein Telekom-Photon und emittiert ein Mikrowellen-Photon – und umgekehrt, indem seine Kopplung an das Telekomlicht und an das supraleitende Qubit durch maßgeschneiderte Quantendynamik verlustfrei ein- und ausgeschaltet wird.

„Das Ausnutzen der Quanten-Interferenz, einer Eigenschaft der Quantendynamik, ist der springende Punkt, der es erlaubt, den Quanten-Konverter zu realisieren“, erklärt Susanne Blum, die in ihrer Doktorarbeit an dem Thema forscht. „In unserem Protokoll wird die Quanten-Interferenz benutzt, um die Verlustprozesse auf dem Niveau einzelner Photonen gezielt zu unterdrücken“, so die Nachwuchsforscherin.

„Die Realisierung eines Konverters für einzelne Photonen ist in der gegenwärtigen experimentellen Forschung weltweit sehr wichtig, vor allem in den USA und Kanada“, betont Professorin Giovanna Morigi. Auch an der Saar-Universität forschen Wissenschaftler in den Laboren der Professoren Pavel Bushev, Christoph Becher und Jürgen Eschner daran.

„Anstelle von mit seltenen Erden dotierten Kristallen können auch andere Quanten-Systeme benutzt werden. Allerdings bieten die von uns genutzten Kristalle ausgezeichnete Kontrollmöglichkeiten auf dem Niveau einzelner Photonen“, erklärt Morigi. Dieses theoretische Verfahren könne eine bestehende Lücke in dem Bau von Quantennetzwerken schließen.

Veröffentlichung: Phys. Rev. Lett. 113, 063603: Christopher O’Brien, Nikolai Lauk, Susanne Blum, Giovanna Morigi, and Michael Fleischhauer: Interfacing Superconducting Qubits and Telecom Photons via a Rare-Earth-Doped Crystal
http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.113.063603

Kontakt:
Prof. Dr. Giovanna Morigi
Universität des Saarlandes, Theoretische Physik
Tel.: +49 681 302-57472 oder -2402 (Sekretariat)
E-Mail: Giovanna.Morigi@physik.uni-saarland.de
http://qphys.uni-saarland.de

Susanne Blum
AG Prof. Dr. Morigi
Tel.: +49 (0)681 302-3777
E-Mail: S.Blum@physik.uni-saarland.de

Hinweis für Hörfunk-Journalisten: Sie können Telefoninterviews in Studioqualität mit Wissenschaftlern der Universität des Saarlandes führen, über Rundfunk-Codec (IP-Verbindung mit Direktanwahl oder über ARD-Sternpunkt 106813020001). Interviewwünsche bitte an die Pressestelle (0681 302-4582) richten.

Gerhild Sieber | Universität des Saarlandes
Weitere Informationen:
http://www.uni-saarland.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Forscher studieren molekulare Konversion auf einer Zeitskala von wenigen Femtosekunden
19.10.2017 | Forschungsverbund Berlin e.V.

nachricht Gravitationswellen: Sternenglanz für Jenaer Forscher
19.10.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

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: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher studieren molekulare Konversion auf einer Zeitskala von wenigen Femtosekunden

19.10.2017 | Physik Astronomie

Ostfalia forscht an Ultraleichtflugzeug mit Elektroantrieb

19.10.2017 | Verkehr Logistik

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungsnachrichten