Starre und fliegende Quantenbits

Deutsche Forscher verknüpfen Übertragung und Speicherung von Quanteninformation

Garching - Quantencomputer sollen in Zukunft hochkomplexe Rechenprobleme in extrem kurzen Zeiträumen lösen können. Heute existieren schon erste Quantenarbeitsspeicher aus einzelnen Ionen und Atomen. Für die Übermittlung der Daten eignen sich Lichtteilchen als "fliegende" Quantenbits. Deutschen Physikern gelang es nun erstmals, Quanteninformationen zwischen diesen beiden Datenträgern zu übermitteln. Ihre für den Bau eines Quantencomputers grundlegende Arbeit veröffentlichen sie in der Zeitschrift "Science".

"Mit den einzelnen Atomen und einzelnen Photonen steht nun erstmals eine Schnittstelle zwischen einem digitalen Speicher und einem digitalen Überträger von Quanteninformationen zur Verfügung", sagt Gerhard Rempe vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching. Seine Arbeitsgruppe nutzte für eine solche Schnittstelle zwischen einzelnen Atomen und Lichtquanten einen von zwei hoch reflektierenden Spiegeln gebildeten optischen Resonator. Laserpulse regen dabei einzelne Rubidiumatome zum Leuchten an. Über den Resonator gelingt es diesen Atomen, Lichtteilchen einer bestimmten Frequenz in eine genau definierte Richtung auszusenden. Der Clou: Die Eigenschaften beider Teilchen, Atom und Photon, sind dabei quantenmechanisch gekoppelt, der Physiker spricht hier von "Verschränkung".

Diese Übermittlung gelingt in beide Richtung: Sowohl vom übermittelnden Photon auf das datenspeichernde Atom, als auch umgekehrt. Mit dieser Technologie ist es vorstellbar, viele einzelne Quantenspeicher miteinander kommunizieren zu lassen -- eine Grundlage für die Skalierung und die technische Nutzbarkeit von Quantencomputern. In nächsten Versuchen wollen Rempe und Kollegen nun solche kleinen Quantennetzwerke als sehr frühe Vorstufen zu einem zukünftigen Quantencomputer aufbauen.