Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Präzise Quanten-Schnittstelle gebaut

24.05.2012
Quantencomputer könnten eines Tages die Informationswelt revolutionieren. Für die Kommunikation zwischen Rechnern an entfernten Orten möchte man diese in einem Quantennetzwerk verbinden.

Während viele Bausteine für Quantencomputer bereits erfolgreich im Labor getestet wurden, benötigt man für ein Netzwerk eine verlässliche Schnittstelle zwischen Rechnern und Kommunikationskanälen. Physiker der Universität Innsbruck berichten nun im Fachmagazin Nature über den Bau einer effizienten und frei justierbaren Schnittstelle für Quantennetzwerke.


Herzstück des Experiments ist ein optischer Resonator, der aus zwei sehr stark reflektierenden Spiegel besteht. Foto: C. Lackner

Quantentechnologien werden die Zukunft der Informationsverarbeitung und Kommunikation neu prägen. Schon heute werden unvorstellbare Datenmengen über Lichtleiter rund um die Erde geschickt. Zukünftige Quantennetzwerke könnten noch um ein Vielfaches leistungsfähiger sein. Dafür notwendig sind allerdings Schnittstellen, mit denen die Information von Quantenprozessoren auf Lichtteilchen (Photonen) übermittelt werden kann.

Denn während Quantenpunkte und Ionen als vielversprechendste Kandidaten für die Realisierung von Quantenregistern gelten, werden für die Informationsübertragung auch in Zukunft Photonen zum Einsatz kommen. Daher suchen Physikerinnen und Physiker in aller Welt Möglichkeiten, mittels Verschränkung zwischen Materie und Licht Quanteninformation zwischen entfernten Quantenprozessoren zu übermitteln. Eine Forschungsgruppe um Rainer Blatt, Tracy Northup und Andreas Stute vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck hat im Labor nun erstmals eine effiziente und darüber hinaus frei einstellbare Schnittstelle zwischen einem einzelnen Ion und einem einzelnen Photon realisiert.

Hohe Effizienz und Präzision
Dazu fangen die Innsbrucker Experimentalphysiker ein Kalzium-Ion in einer Paul-Falle und platzieren es zwischen zwei sehr stark reflektierenden Spiegeln. Mit einem Laser regen sie das Ion an und produzieren dabei ein mit dem Ion verschränktes Photon, das zwischen den Spiegeln reflektiert wird. Über die Frequenz und Amplitude des Lasers lässt sich die Verschränkung zwischen Kalzium-Ion und Photon gezielt einstellen. Diese Methode hat zwei große Vorteile gegenüber allen bisherigen Ansätzen, Atome mit Lichtteilchen zu verschränken: „Die Ausbeute an verschränkten Photonen ist hier um ein Vielfaches höher und kann im Prinzip auf über 99 Prozent gesteigert werden“, erklärt die gebürtige US-Amerikanerin Tracy Northup. „Aber vor allem erlaubt uns dieser Aufbau, die Verschränkung zwischen dem Ion und dem Photon nach Belieben einzustellen.“ Dazu werden Frequenz und Amplitude des Laserlichts so verändert, dass Teilchen und Photon den gewünschten gemeinsamen Quantenzustand einnehmen. Herzstück des Experiments ist ein sogenannter optischer Resonator, der aus zwei sehr stark reflektierenden Spiegeln besteht. Zwischen diesen Spiegeln werden die Lichtteilchen bis zu 25.000 mal hin- und reflektiert, bevor sie in einen Lichtleiter gekoppelt werden. „Neben der hohen Effizienz zeichnet sich die Verschränkung in unserem System durch die höchste bisher gemessene Präzision des verschränkten Quantenzustandes von Atom und Photon aus“, freut sich Andreas Stute.
Zukunftstechnologie
Das Experiment liefert wichtige Einsichten in die Interaktion von Licht und Materie und könnte beim Bau von Quantencomputern und in einem zukünftigen Quanteninternet Anwendung finden. „Überall dort, wo wir Quanteninformation von Recheneinheiten in Kommunikationskanäle übermitteln müssen, benötigen wir eine Übertragung von Teilchen auf Licht und umgekehrt“, erklärt Tracy Northup. Unterstützt werden die Forscherinnen und Forscher vom österreichischen Wissenschaftsfonds FWF und der EU. Ihre Daten haben sie in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Nature veröffentlicht.
Publikation: Tunable Ion-Photon Entanglement in an Optical Cavity. A. Stute, B. Casabone, P. Schindler, T. Monz, P. O. Schmidt, B. Brandstätter, T. E. Northup, R. Blatt. Nature 2012.

http://dx.doi.org/10.1038/nature11120

Rückfragehinweis:

Tracy Northup
Institut für Experimentalphysik
Universität Innsbruck
Tel.: +43 512 507 6366
E-Mail: Tracy.Northup@uibk.ac.at
Web: http://www.quantumoptics.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.quantumoptics.at/
http://www.uibk.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Lasing am Limit
15.02.2018 | Technische Universität Berlin

nachricht Forschung für die LED-Tapete der Zukunft
15.02.2018 | Universität Bremen

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: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Im Focus: Quantenbits per Licht übertragen

Physiker aus Princeton, Konstanz und Maryland koppeln Quantenbits und Licht

Der Quantencomputer rückt näher: Neue Forschungsergebnisse zeigen das Potenzial von Licht als Medium, um Informationen zwischen sogenannten Quantenbits...

Im Focus: Demonstration of a single molecule piezoelectric effect

Breakthrough provides a new concept of the design of molecular motors, sensors and electricity generators at nanoscale

Researchers from the Institute of Organic Chemistry and Biochemistry of the CAS (IOCB Prague), Institute of Physics of the CAS (IP CAS) and Palacký University...

Im Focus: Das VLT der ESO arbeitet erstmals wie ein 16-Meter-Teleskop

Erstes Licht für das ESPRESSO-Instrument mit allen vier Hauptteleskopen

Das ESPRESSO-Instrument am Very Large Telescope der ESO in Chile hat zum ersten Mal das kombinierte Licht aller vier 8,2-Meter-Hauptteleskope nutzbar gemacht....

Im Focus: Neuer Quantenspeicher behält Information über Stunden

Information in einem Quantensystem abzuspeichern ist schwer, sie geht meist rasch verloren. An der TU Wien erzielte man nun ultralange Speicherzeiten mit winzigen Diamanten.

Mit Quantenteilchen kann man Information speichern und manipulieren – das ist die Basis für viele vielversprechende Technologien, vom hochsensiblen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Auf der grünen Welle in die Zukunft des Mobilfunks

16.02.2018 | Veranstaltungen

Smart City: Interdisziplinäre Konferenz zu Solarenergie und Architektur

15.02.2018 | Veranstaltungen

Forschung für fruchtbare Böden / BonaRes-Konferenz 2018 versammelt internationale Bodenforscher

15.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

17.02.2018 | Energie und Elektrotechnik

Stammbaum der Tagfalter erstmalig umfassend neu aufgestellt

16.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Neue Strategien zur Behandlung chronischer Nierenleiden kommen aus der Tierwelt

16.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

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