Ein einzelnes Photon am Ende des Tunnels
In dem Projekt "Experimental generation of distant quantum dot spin entanglement" (QUANTUMDOTS) nutzte man Quantenpunkte zur Darstellung der stationären Teilchen und Photonen, fliegende Teilchen. Ein sich ausbreitendes Photon kann zur Übertragung von Quanteninformationen und ein stationäres Qubit zur Speicherung und Manipulation verwendet werden. Um diese zu verbinden, verließen sich die Forscher auf die Verschränkung zwischen einem Paar von Teilchen und den Eigenschaften, die sie beide aufweisen. Generell gilt, wenn ein Paar von Teilchen gemeinsame Charakteristika hat, bewirkt die Veränderung eines Merkmals auch Veränderungen am anderen. Die QUANTUMDOTS-Forscher nutzten einen sehr kleinen Bereich eines Halbleiters, um ein einzelnes Elektron einzufangen und einen sogenannten Quantenpunkt zu erzeugen. Der als ein künstliches Atom angesehene Punkt fing Elektronen ein und wies ein Spektrum diskreter Energien auf. Im Einzelnen stimulierte Laserlicht mit Wellenlängen den Quantenpunkt dazu, spontan ein Photon zu emittieren und in seinen niederen Zustand zurückzukehren. Das Photon wurde in entweder horizontal oder vertikal polarisierter Form mit einer Wellenlänge freigesetzt, die entweder als eine rote oder eine blaue Farbe auftrat. Um jedoch die Informationen von einem Spin-Qubits nutzen zu können, kann nur eine der beiden Eigenschaften existieren; die andere muss entfernt werden. Die QUANTUMDOTS-Forscher entfernten die Farbe, indem das Photon einen Kristall durchlief, der gleichermaßen mit einem Laserstrahl beschossen wurde. Die Farbe verwischte ausreichend, um diese Eigenschaft als von den verschränkten Teilchen entfernt zu betrachten, was den Weg zur Kopplung einander ferner Qubits freimacht. Die Forscher von QUANTUMDOTS beschrieben den Prozess und die Resultate in den wissenschaftlichen Artikeln, die sie in "Nature" und im "Nature Communications Magazine" veröffentlichten. Man hofft nun, dass die Spin-Photon-Verschränkung eine Schlüsseltechnologie für einen dezentralisierten Ansatz an die Quanteninformationsverarbeitung und für neuartige Computer sein wird.
Schlüsselbegriffe
Photon, Quantencomputer, Qubits, Quantenpunkt, Photonen, Verschränkung, Halbleiter, Elektron, Atom, Laser, Spin, Quantenprozessor