Max-Planck-Institut ebnet künftigen Quantennetzwerken den Weg

Das Erlanger Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts hat zusammen mit der Universität Erlangen-Nürnberg und der Universität von São Paulo ein Projekt zur Verschränkung zwischen drei Laserstrahlen verschiedener Farbe durchgeführt. Das gelungene Experiment beschreiben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der online-Ausgabe der Fachzeitschrift Science.

Dr. Katiuscia Cassemiro und Dr. Alessandro Villar, beide Post-doc-Forscher am Max-Planck-Institut und dem Institut für Optik, Information und Photonik der Universität, haben von Erlanger Seite Ideen, Berechnungen und Simulationen zu dem Projekt beigesteuert. Die experimentelle Arbeit, also die erforderlichen Messungen, wurden von den Kollegen in Brasilien übernommen.

Nach dem Ausdruck „entangle“ für „verwirren, verhaken“ wird eine Verschränkung zwischen drei Laserstrahlen mit verschiedenen Farben im Englischen auch „rainbow entanglement“ genannt. Ein solches „Regenbogenknäuel“ könnte in Zukunft sehr nützlich sein für Quantennetzwerke, die für Aufgaben wie Quantenberechnungen und die Realisierung von Quantenspeichern mehrere Systeme verwenden. Solche Systeme sind zunächst nicht kompatibel; zwischen ihnen können also keine Informationen ausgetauscht werden. Die verschiedenfarbigen, verschränkten Laserstrahlen übernehmen die Übersetzungsaufgabe. Anders gesagt: Jedes Quantenkommunikationsgerät („Quanten Hardware“) in einem zukünftigen Quantennetzwerk wird wahrscheinlich eine unterschiedliche resonante Lichtfrequenz (d. h. Farbe) zum Informationstransfer besitzen. Durch verschränktes Licht mit verschiedenen Frequenzen könnten zwei oder mehr Lichtstrahlen mit den richtigen Frequenzen die Kommunikation verschiedener Systemen sicherstellen.

Mit Verlusten von Licht, die – wenn auch nur in geringen Maß – in einem Quantenkanal ebenso wie in einem klassischen Kanal prinzipiell unvermeidbar sind, befasste sich ein zweiter Teil der Arbeit. Überraschenderweise ergab sich, dass von der Verschränkung im „Lichtknoten“ nicht nur dann nichts mehr bleibt, wenn überhaupt kein Laserlicht mehr vorhanden ist. Bereits bei geringen Verlusten ist die Verschränkung zerstört. Es ist dieses Ergebnis, das zu der Veröffentlichung in Science Magazine führte.

Im kommenden Jahr werden die Forschungen zum selben Thema fortgesetzt, erneut in Zusammenarbeit mit der brasilianischen Gruppe. Dann wird es auch in Erlangen Experimente geben.

Die Universität Erlangen-Nürnberg, gegründet 1743, ist mit 26.000 Studierenden, 550 Professorinnen und Professoren sowie 2000 wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern die größte Universität in Nordbayern. Schwerpunkte in Forschung und Lehre liegen an den Schnittstellen von Naturwissenschaften, Technik und Medizin in engem Dialog mit Jura und Theologie sowie den Geistes-, Sozial- und Wirtschaftswissenschaften. Seit Mai 2008 trägt die Universität das Siegel „familiengerechte Hochschule“.

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Dr. Alessandro S. Villar
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Alessandro.Villar@mpl.mpg.de