Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Photonen als sichere Quantenspeicher

27.09.2013
Forschern der Yale University ist es gemeinsam mit dem österreichischen Quantenphysiker Gerhard Kirchmair erstmals gelungen, die Quanteninformation eines supraleitenden Quantenbits in ein Ensemble von über 100 verschränkten Photonen einzuschreiben. Die nun in der Fachzeitschrift Science veröffentlichte Methode könnte die Grundlage für eine neue Form vom Quantenspeichern darstellen.

Der im Vorjahr mit dem Nobelpreis ausgezeichnete französische Physiker Serge Haroche hat Atome und Photonen in kleinen Hohlräumen mit stark reflektierenden Wänden eingeschlossen. Auf diese Weise konnte er experimentell wegweisende Erkenntnisse über die Eigenschaften der Quantenzustände von Licht erlangen. Einen ähnlichen Hohlraumresonator haben nun Forscher der Yale University in New Haven, USA, verwendet, um die Grundlage für eine neuartige Form von Quantenspeichern zu schaffen.

An dem Experiment hat auch der Innsbrucker Experimentalphysiker Gerhard Kirchmair mitgearbeitet: „Wir haben ein neues Verfahren entwickelt, mit dem sich in einem solchen Hohlraumresonator mit Mikrowellen-Photonen sehr einfach sogenannte Schrödinger-Katzen-Zustände erzeugen lassen.“ Erwin Schrödinger hatte makroskopische Quantenzustände in einem Gedankenexperiment mit einer Katze illustriert, von der man nicht weiß, ob sie lebendig oder tot ist.

Ähnlich verhält es sich mit dem elektrischen Feld, das die Photonen in dem Hohlraumresonator erzeugen. Es zeigt gleichzeitig in zwei oder mehrere Richtungen. Solche Schrödinger-Katzen-Zustände wurden schon früher im Labor realisiert, mit dem neuen Verfahren gelingt dies aber besonders einfach und ohne den sonst notwendigen, hohen experimentellen Aufwand. „Außerdem können wir auf diese Weise sehr große Schrödinger Katzen erzeugen“, zeigt sich Gerhard Kirchmair begeistert. „Es ist möglich, bis zu Hundert Photonen in einen quantenmechanischen Überlagerungszustand zu versetzen und diesen zu messen und zu kontrollieren.“ So große Schrödinger Katzen konnte in Hohlraumresonatoren bisher noch niemand erzeugen.

Schrödinger Katzen als Quantenspeicher

Die Forscher um Robert Schoelkopf von der Yale University nutzen diese Schrödinger Katzen, um Quanteninformation zu speichern. Sie koppeln dazu die Photonen im Hohlraumresonator an ein Quantenbit, das sie mit einem sogenannten Josephson-Kontakt realisieren. Dabei handelt es sich um zwei Supraleiter, die durch eine hauchdünne Isolierschicht voneinander getrennt sind. Solche supraleitenden Qubits können einfach an konventionelle elektrische Schaltkreise gekoppelt werden. Mit diesem Aufbau ist es den Forschern nun erstmals gelungen, deterministisch die Quanteninformation des supraleitenden Qubits in einen Schrödinger-Katzen-Zustand von über 100 Photonen einzuschreiben.

„Dieses Experiment zeigt bereits die Möglichkeiten, die in solchen Hohlraumresonatoren für die Quanteninformationsverarbeitung stecken“, sagt Gerhard Kirchmair. „Wir haben hier erste Schritte auf dem Weg zur Realisierung unseres vergangene Woche in Physical Review Letters erschienenen Vorschlags für einen Quantenspeicher gemacht,“ sagt Kirchmair. „Gerade laufende Experiment zeigen schon erste vielversprechende Resultate, um durch Dekohärenz verursachte Fehler in diesem Quantenspeicher zu korrigieren.“ Die Quanteninformation in solchen Speichern würde also durch Störungen von außen nicht vernichtet.

Verstärkt Quanten-Hochburg Innsbruck

Gerhard Kirchmair hat im März 2013 eine auf fünf Jahre befristete Professur für Experimentalphysik an der Universität Innsbruck angetreten und ist gleichzeitig Junior Research Director am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. Seine Stelle gründet auf einem von Theoretiker Peter Zoller initiierten Projekt für ein Tenure-Track-ähnliches Verfahren, das jungen Wissenschaftlern bessere Möglichkeiten an den österreichischen Universitäten geben soll. Kirchmair kommt aus der Schule der Innsbrucker Physik, hat an der Universität Innsbruck studiert und bei Experimentalphysiker Rainer Blatt 2011 „sub auspiciis“ promoviert. Als Postdoc forschte er über zwei Jahre in der Arbeitsgruppe von Robert Schoelkopf an der renommierten Yale University in New Haven, USA.

Publikationen:

• Deterministically encoding quantum information in 100-photon Schrödinger cat states. Brian Vlastakis, Gerhard Kirchmair, Zaki Leghtas, Simon E. Nigg, Luigi Frunzio, S. M. Girvin, Mazyar Mirrahimi, M. H. Devoret, and R. J. Schoelkopf. Science Express am 26.9.2013 DOI: 10.1126/science.1243289 (http://dx.doi.org/10.1126/science.1243289)

• Hardware-Efficient Autonomous Quantum Memory Protection. Zaki Leghtas, Gerhard Kirchmair, Brian Vlastakis, Robert J. Schoelkopf, Michel H. Devoret, and Mazyar Mirrahimi. Phys. Rev. Lett. 111, 120501 (2013), veröffentlicht am 20.9.2013 DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.120501 (http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.111.120501)

Rückfragehinweis:

Univ.-Prof. Dr. Gerhard Kirchmair
Institut für Quantenoptik und Quanteninformation
Österreichische Akademie der Wissenschaften
und
Institut für Experimentalphysik
Universität Innsbruck
Tel.: +43 512 507 4770
E-Mail: gerhard.kirchmair@uibk.ac.at
Web: http://iqoqi.at/de/gerhard-kirchmair
Christian Flatz
Public Relations
Mobil: +43 676 872532022
E-Mail: christian.flatz@uibk.ac.at

Dr. Christian Flatz | Universität Innsbruck
Weitere Informationen:
http://iqoqi.at/de/gerhard-kirchmair
http://www.uibk.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala
20.04.2018 | Georg-August-Universität Göttingen

nachricht Licht macht Ionen Beine
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, 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: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

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...

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

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

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