Quanteninformationsgesellschaft kommt voran
Das Projekt ATESIT konzentrierte sich auf Informationstechnologie für Teleportation und Verschränkte Zustände, um neue Methoden für die Generierung und Ausnutzung verschiedener Typen Verschränkter Zustände mit zwei oder mehreren Partikeln zu entwickeln. Diese könnten dann in Quantenkommunikationsprotokollen weiter eingesetzt werden. Weiterhin konzentrierte sich die Projektarbeit auf grundlegende Protokolle wie universelles Quantenklonen, indem ihre Skalierbarkeit demonstriert wurde. Das Ziel der Forscher war die Erstellung einer betriebsfähigen universellen optimalen Maschine zum Quantenklonen (universal optimum quantum cloning machine), wobei es aber gewisse Einschränkungen gab. Wegen der Linearität der Quantenmechanik war das "Klonen", das heißt die perfekte Reproduktion eines arbiträren Quantenzustands, schwierig. Außerdem war es unmöglich, ein universelles NOT-Gate zu realisieren, das jedes Qubit in ein orthogonales Qubit spiegelt. Der Klon-Effekt in der Quantenoptik betrifft den Photonenverstärkungsprozess in einem Optisch-parametrischen Verstärker (OPA). Dabei werden identische Photonen, die in einem arbiträren Quantenpolarisationszustand generiert werden, in einen Verstärker im Input-Modus injiziert. Am Ausgangs-"Klon-Modus" liefert der Verstärker "Klone" des eingegebenen Qubit. Im Output-"anticloning (AC) Modus" realisiert der OPA ein Quanten-NOT-Gate, das dann ein Qubit spiegelt. Auf der Grundlage dieses Prozesses wurde die Universelle NOT (U-NOT) Transformation, das ist die Durchführung der bestmöglichen Annäherung einer anti-unitarischen Operation mithilfe einer universellen Quantenmaschine, demonstriert. Das U-NOT-Gate wird stark mit der Quantenberechnung eines unbekannten Zustandes in Verbindung gebracht. Bei dem in der experimentellen Demonstration verwendeten System handelt es sich um einen "quantum self-injected optical parametric amplifier" (QI-OPA) von verschränkten Photonenzuständen. Die universelle Klonmethode kann bei der Entwicklung neuer Algorithmen und Protokolle eingesetzt werden. Quantenklonen ermöglicht die Umverteilung des ursprünglichen Informationsinhalts in mehrere Teile und stellt die Grundlage der Quantenkryptographie dar. Die Sicherheit der Quantenkryptographie geht darauf zurück, dass es nicht möglich ist, unbekannte Quantenzustände zu klonen und optimales Quantenklonen wird als bester Lauschangriff auf manche Quantenkryptographieprotokolle angesehen.
