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 Flipper auf atomarem Niveau
30.03.2017 | Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie

nachricht Klein bestimmt über groß?
29.03.2017 | Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation

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: Kleinstmagnete für zukünftige Datenspeicher

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Chemikern der ETH Zürich hat eine neue Methode entwickelt, um eine Oberfläche mit einzelnen magnetisierbaren Atomen zu bestücken. Interessant ist dies insbesondere für die Entwicklung neuartiger winziger Datenträger.

Die Idee ist faszinierend: Auf kleinstem Platz könnten riesige Datenmengen gespeichert werden, wenn man für eine Informationseinheit (in der binären...

Im Focus: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Herzerkrankungen: Wenn weniger mehr ist

30.03.2017 | Medizin Gesundheit

Flipper auf atomarem Niveau

30.03.2017 | Physik Astronomie

Europaweite Studie zu „Smart Engineering“

30.03.2017 | Studien Analysen