Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mit Lichtgeschwindigkeit ins Quanten-Internet

04.02.2013
Durch Glasfasern fliegen heute Informationen in Lichtgeschwindigkeit rund um die Welt. Auch Quanteninformation kann auf diese Weise übertragen werden.
Innsbrucker Physiker um Rainer Blatt und Tracy Northup berichten nun in der Fachzeitschrift Nature Photonics, wie sie die Quanteninformation eines Atoms vollständig auf ein Lichtteilchen übertragen haben, das über eine Glasfaser zu einem entfernten Atom geschickt werden kann.

Dank der besonderen Gesetze der Quantenmechanik können Quantencomputer bestimmte Rechenaufgaben sehr viel schneller lösen als herkömmliche Computer. Eine der vielversprechendsten Technologien zum Bau eines Quantencomputers sind Systeme mit einzelnen Atomen, die in sogenannten Ionenfallen gefangen und mit Lasern manipuliert werden. Im Labor wurden auf diese Weise schon wesentliche Bausteine eines zukünftigen Quantencomputers experimentell getestet.

Die Quanteninformation eines ionisierten Atoms wird in den Polarisationszustand eines Lichtteilchens eingeschrieben.
Grafik: Harald Ritsch

„Wir können heute mit Atomen bereits erfolgreich Quantenrechnungen durchführen“, erklären die Doktoranden Andreas Stute und Bernardo Casabone vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck. „Was aber noch fehlt, sind funktionstüchtige Schnittstellen mit denen die Quanteninformation über Lichtleiter von einem Computer zum nächsten übertragen werden kann.“

Weil man Quanteninformation aufgrund der Gesetze der Quantenmechanik aber nicht einfach kopieren kann, stellt der Bau solcher Schnittstellen eine große Herausforderung dar. Für ein zukünftiges Quanten-Internet - ein Netzwerk aus mehreren Quantencomputern, die über Lichtleiter miteinander verbunden sind - muss die Quanteninformation gezielt auf einzelne Lichtteilchen, sogenannte Photonen, übertragen werden.

Diese werden dann über Glasfasern an die angeschlossenen Quantencomputer übertragen. Die Forscher um Tracy Northup und Rainer Blatt berichten nun in der Zeitschrift Nature Photonics, wie sie im Labor erstmals die Quanteninformation eines in einer Ionenfalle gespeicherten Atoms gezielt auf ein Photon übertragen haben.

Quantennetzwerker

Die Physiker der Universität Innsbruck fangen dazu ein einzelnes Kalziumatom in einer Ionenfalle und positionieren es zwischen zwei stark reflektierenden Spiegeln. „Mit einem Laser schreiben wir die gewünschte Quanteninformation in den elektrischen Zustand des Atoms ein“, erklärt Andreas Stute.
„Das Atom wird dann mit einem zweiten Laser angeregt und sendet dabei 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.“ Das Photon wird zwischen den Spiegeln gespeichert, bis es schließlich durch den weniger stark reflektierenden Spiegel davon fliegt. „Die beiden Spiegel lenken das Photon in eine ganz bestimmte Richtung. So kann es gezielt in die Glasfaser geleitet werden“, sagt Bernardo Casabone. Die im Photon eingeschriebene Quanteninformation kann so über die Glasfaser an einen entfernten Quantencomputer geleitet und dort mit dem gleichen Verfahren wieder in ein Atom eingeschrieben werden.

Unterstützt werden die Innsbrucker Physiker bei Ihren Forschungen unter anderem vom österreichischen Wissenschaftsfonds FWF und der EU.

Publikation: Quantum-state transfer from an ion to a photon. A. Stute, B. Casabone, B. Brandstätter, K. Friebe, T. E. Northup, R. Blatt. Advance Online Publication, Nature Photonics 2013. DOI: 10.1038/NPHOTON.2012.358 (http://dx.doi.org/10.1038/NPHOTON.2012.358)

Rückfragehinweis:

Andreas Stute
Institut für Experimentalphysik
Universität Innsbruck
Tel.: +43 512 507-52465
E-Mail: andreas.stute@uibk.ac.at

Christian Flatz
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Universität Innsbruck
Tel.: +43 512 507-32022
Mobil: +43 676 872532022
E-Mail: christian.flatz@uibk.ac.at

Dr. Christian Flatz | Universität Innsbruck
Weitere Informationen:
http://www.uibk.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Der schärfste Laserstrahl der Welt
29.06.2017 | Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

nachricht Ultra-sensitiv dank quantenmechanischer Verschränkung
28.06.2017 | Universität Stuttgart

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: Der schärfste Laserstrahl der Welt

Physikalisch-Technische Bundesanstalt entwickelt einen Laser mit nur 10 mHz Linienbreite

So nah an den idealen Laser kam bisher noch keiner: In der Theorie hat ein Laser zwar genau eine einzige Farbe (Frequenz bzw. Wellenlänge). In Wirklichkeit...

Im Focus: Wellen schlagen

Computerwissenschaftler verwenden die Theorie von Wellenpaketen, um realistische und detaillierte Simulationen von Wasserwellen in Echtzeit zu erstellen. Ihre Ergebnisse werden auf der diesjährigen SIGGRAPH Konferenz vorgestellt.

Denkt man an einen See, einen Fluss oder an das Meer, so sieht man vor sich, wie sich das Wasser kräuselt, wie Wellen gegen die Felsen schlagen, wie Bugwellen...

Im Focus: Making Waves

Computer scientists use wave packet theory to develop realistic, detailed water wave simulations in real time. Their results will be presented at this year’s SIGGRAPH conference.

Think about the last time you were at a lake, river, or the ocean. Remember the ripples of the water, the waves crashing against the rocks, the wake following...

Im Focus: Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung

Kosteneffizienz und hohe Produktivität ohne dabei die Umwelt zu belasten: Im EU-Projekt »PoLaRoll« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit dem Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und sechs Industriepartnern ein Modul zur direkten Laser-Mikrostrukturierung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ziel ist es, mit Hilfe dieses Systems eine siebartige Metallfolie als Demonstrator zu fertigen, die zum Sonnenschutz von Glasfassaden verwendet wird: Durch ihre besondere Geometrie wird die Sonneneinstrahlung reduziert, woraus sich ein verminderter Energieaufwand für Kühlung und Belüftung ergibt.

Das Fraunhofer IPT ist im Projekt »PoLaRoll« für die Prozessentwicklung der Laserstrukturierung sowie für die Mess- und Systemtechnik zuständig. Von den...

Im Focus: Das Auto lernt vorauszudenken

Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit der Regelung und Überwachung von Antriebssystemen – mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und von AVL List.

Wer ein Auto fährt, trifft ständig Entscheidungen: Man gibt Gas, bremst und dreht am Lenkrad. Doch zusätzlich muss auch das Fahrzeug selbst ununterbrochen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Marine Pilze – hervorragende Quellen für neue marine Wirkstoffe?

28.06.2017 | Veranstaltungen

Willkommen an Bord!

28.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Der schärfste Laserstrahl der Welt

29.06.2017 | Physik Astronomie

Maßgeschneiderte Nanopartikel gegen Krebs gesucht

29.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wolken über der Wetterküche: Die Azoren im Fokus eines internationalen Forschungsteams

29.06.2017 | Geowissenschaften