Zwischenspeicherung photonischer Quantenbits gelungen

Mit Hilfe von Quanten-Teleportation ist der Zustand eines Photons auf einen atomaren Quantenspeicher übertragen, dort gespeichert und anschließend wieder auf ein Photon übertragen worden. Damit hat ein Wissenschaftler-Team der Universität Heidelberg, der University of Science and Technology of China und der Technischen Universität Wien einen Durchbruch im Umgang mit Quantenbits (Qubits) geschafft. „Das ist die erste Vorführung von Quanten-Teleportation von einem photonischen Qubit auf ein atomares Qubit mit integriertem Speicher“, gibt der beteiligte Quantenphysiker Yuao Chen auf Nachfrage von pressetext an.

Qubits sind die Informationsträger im Bereich der Quantencomputer, deren Entwicklung inzwischen auch kommerzielle Unternehmen voranzutreiben angeben (pressetext berichtete: http://www.pte.at/pte.mc?pte=071117003 ). Das jetzt erzielte Ergebnis ist ein echter Grundlagenerfolg für die Entwicklung von Quantencomputern. „Wir arbeiten an der Umsetzung von Kommunikation über größere Distanzen“, so Chen. Das Problem daran ist, dass der Qubit-Informationsgehalt von über Lichtleiter übertragenen Photonen nach einer gewissen Strecke verloren geht. Ein Lösungsansatz dafür wären Quanten-Repeater, die längere Signalstrecken unterteilen. Die photonische Qubit-Information würde in den Repeatern in atomaren Ensembles zwischengespeichert. Genau das ist dem internationalen Forscherteam gelungen. Photonen konnten die enthaltene Quanteninformation in einem Ensemble ultrakalter Rubidium-Atome speichern und nach bis zu acht Mikrosekunden wieder ausgelesen werden. Die Speicher-Zeitspanne wollen die Forscher in weiterer Folge deutlich erhöhen.

Einen weiteren Forschungserfolg im Bereich der Quantencomputer hat eine internationale Gruppe um Forscher der Universität Freiburg http://www.uni-freiburg.de verbucht. Sie können mit einer einfachen Formel die Lebensdauer der Verschränkung zweier Qubits unter relativ allgemeinen Bedingungen abschätzen. Bisher war derartiges nur für einzelne, spezielle Fälle gelungen. „Mit unserer Formel bringen wir nun erstmals eine relativ große und für die Anwendung – etwa in der Kryptographie – relevante Klasse von Szenarien unter einen Hut“, zeigt sich der Quantenphysiker Andreas Buchleitner erfreut. Allerdings ist das Ergebnis nur als allererster Schritt zu sehen. Für einen realen Quantencomputer müssten tausende Qubits zu Registern verbunden werden, die Forscher wollen dementsprechend ihre Formel für größere Systeme verallgemeinern.

Die Fachbeiträge „Memory-built-in quantum teleportation with photonic and atomic qubits“ zum erfolgreichen Zwischenspeichern von Qubit-Information und „Evolution equation for quantum entanglement“ zur Freiburger Formel sind beide im Wissenschaftsjournal Nature Physics erschienen.