Gefangene Lichtteilchen für Quantencomputer

Physiker messen erstmals Photonen, ohne sie zu zerstören

Paris (Frankreich) - Lichtteilchen können Information tragen und rasant übertragen. Doch für ihren Einsatz in extrem leistungsfähigen Quantencomputern zeigen diese Photonen einen schwerwiegenden Nachteil: Ihre Eigenschaften und sie selbst sind sehr empfindlich und können leicht zerstört werden. Doch französische Physiker schafften es nun erstmals, ein Photon länger als eine zehntel Sekunde einzusperren und seinen Zustand viele Male hintereinander zu messen. Über diesen Durchbruch für die Quantenphysik berichten sie in der Zeitschrift "Nature".

"Standard-Photonen-Detektoren absorbieren Licht und können dadurch kein Lichtteilchen zweimal nachweisen", schreiben Sébastien Gleyzes und seine Kollegen vom Laboratoire Kastler Brossel an der Ecole Normale Supérieure in Paris. Die findigen Physiker entwickelten daher einen neuen, transparenten Teilchenzähler für die Photonen. In einer Zelle mit zwei gegenüberliegenden, gewölbten und supraleitenden Spiegeln fingen sie ein Lichtteilchen ein. Doch um es zu vermessen, griffen sie nicht zu einem normalen Lichtdetektor, sondern auf einen feinen Strahl aus Rubidium-Atomen. Diese durchlaufen die Zelle und werden von dem elektrischen Feld des einzelnen Photons ein wenig beeinflusst. Dieser Vorgang stört das gespeicherte Lichtteilchen überhaupt nicht und kann daher viele Male wiederholt werden.

In der Zeit, in der das Lichtteilchen fast einmal die Erde umrunden könnte, lieferten die Rubidium-Atome ununterbrochen Daten über das gefangene Photon. Über seine gesamte Lebenszeit, von der Erzeugung bis zur Zerstörung, ließ sich das Lichtteilchen und sein Zustand messen. Da sich über diese Technik die Photonen und die beteiligten Atome quantenmechanisch koppeln lassen – der Physiker spricht hier von der so genannten Verschränkung - locken Anwendungen für zukünftige Quantencomputer. Diese sollen einmal komplexe Probleme sehr viel schneller lösen können als die besten heute verfügbaren Supercomputer.