EU-finanzierte Forscher schreiben Quanten-Erfolgsgeschichte mit
Quanten-Kommunikationsnetze stehen auf der europäischen Tagesordnung ganz oben, wobei Quantenspeicher oder Informationsspeicherung besonders im Mittelpunkt stehen. Eine Forschergruppe aus Dänemark geht die Herausforderung, diese Informationen den Nutzern zugänglich zu machen, mithilfe zweier "verschränkter" Lichtstrahlen zur Speicherung von Quanteninformationen an. Die von der EU mit insgesamt 16 Mio. EUR aus verschiedenen Quellen geförderte Forschungsstudie wurde in der Zeitschrift Nature Physics veröffentlicht. Experten gehen davon aus, dass Quantennetzwerke den Nutzern im Vergleich zum heutigen Stand der Technik eine verbesserte Informationssicherheit bieten werden. Eine der wichtigsten Komponenten der Quantenkommunikation ist die Verschränkung zwischen Quantensystemen einschließlich zweier Lichtstrahlen. Einfach ausgedrückt: Verschränkung ist die Verbindung zweier Lichtstrahlen. Diese Lichtstrahlen besitzen klar definierte gemeinsame Eigenschaften wie etwa gemeinsames Wissen. Den Gesetzen der Quantenmechanik zufolge kann ein Quantenzustand genutzt werden, um Informationen sicher und kopiergeschützt zu übertragen. Unter der Leitung von Professor Eugene Polzik haben die Wissenschaftler vom Niels-Bohr-Institut der Universität Kopenhagen zwei verschränkte Lichtstrahlen in zwei Quantenspeichern erfolgreich gespeichert. In einem auf einem großen Tisch aufgebauten Wald aus Spiegeln und optischen Elementen wie Strahlteilern und Wellenplatten schickten sie das Licht auf eine Reise durch ein 10 Meter langes Labyrinth. Die optischen Elemente halfen den Forscher aus der Quantop-Gruppe des Instituts dabei, das Licht und seine Größe und Intensität zu steuern, womit sichergestellt wurde, dass Wellenlänge und Polarisation den Anforderungen des Experiments entsprachen. Die Forscher schufen die verschränkten Lichtstrahlen, indem sie einen einzelnen blauen Lichtstrahl durch ein Kristall schickten, wo er in zwei rote Lichtstrahlen aufgespalten wird. Durch ihre Verschränkung besitzen die beiden roten Lichtstrahlen einen gemeinsamen Quantenzustand, der, wie die Forscher erklären, die Information selber darstellt. Nachdem die zwei Lichtstrahlen das Labyrinth aus Spiegeln und optischen Elementen durchlaufen haben, treffen sie auf die zwei Speicher. Für diese Studie verwendeten die Wissenschaftler zwei mit einem Gas aus Cäsium-Atomen gefüllte Glasbehälter. Den Angaben der Forscher nach enthält der Quantenzustand der Atome Informationen in Form eines sogenannten Spins, der entweder "nach oben" (up) oder "nach unten" (down) zeigen kann. In der Folge können die Informationen mit Computerdaten verglichen werden, die aus den Ziffern 0 und 1 bestehen. Wenn die Lichtstrahlen auf die Atome treffen, wird ihr Quantenzustand auf die beiden Speicher übertragen, mit dem Endergebnis, dass die Informationen als neuer Quantenzustand in den Atomen gespeichert sind. "Zum ersten Mal konnte ein solcher Speicher mit einem sehr hohen Grad an Zuverlässigkeit demonstriert werden. In der Tat ist er so gut, dass man dieses Ergebnis mit konventionellen Lichtspeichern, wie sie etwa in der Internetkommunikation eingesetzt werden, kaum erreichen kann. Mit diesem Experiment sind wir der Verwirklichung eines Quantennetzwerks einen Schritt näher gekommen", sagte Professor Polzik. Die Forschungsstudie wurde teilweise durch sechs EU-Projekte finanziert: Q-ESSENCE, HIDEAS, CORNER, COMPAS, COQUIT und EMALI. Q-ESSENCE ("Quantum interfaces, sensors and communication based on entanglement") wurde mit 4,7 Mio. EUR, HIDEAS ("High dimensional entangled systems") mit 2 Mio. EUR, CORNER ("Correlated noise effects in quantum information processing") mit 2,09 Mio. EUR, COMPAS ("Computing with mesoscopic photonic and atomic states") mit 1,59 Mio. EUR und COQUIT ("Collective quantum operations for information technologies") mit 1,16 Mio. EUR unter dem Themenbereich "Informations- und Kommunikationstechnologien" des Siebten Rahmenprogramms (RP7) der EU finanziert. Das Projekt EMALI ("Engineering, manipulation and characterisation of quantum states of matter and light") erhielt 4,39 Mio. EUR im Rahmen der Marie-Curie-Netzwerke für Forscherausbildung aus dem Sechsten EU-Rahmenprogramm (RP6).
Länder
Dänemark