Ein weiterer Schritt zum Quanteninternet
Physiker haben erstmals zwei Teilchen in einem optischen Resonator gefangen und miteinander verschränkt.
Eines der Fernziele der Quantencomputer-Forschung ist die Schaffung eines Quanteninternets. In diesem könnte Quanteninformation verteilt und effizient verarbeitet werden. Ein vielversprechendes Modell für ein solches Netzwerk besteht aus einzelnen Prozessoren, die mit Glasfaserleitungen über weite Distanzen miteinander verbunden sind. Jeder Prozessor besteht dabei aus mehreren Quantenbits und ist zwischen zwei stark reflektierenden Spiegeln untergebracht. Die Spiegel bilden einen optischen Resonator, der als Schnittstelle zwischen Quantenbits und Licht dient.
Abb.: Physiker haben einen möglichen Grundbaustein für eine funktionsfähige Schnittstelle zwischen zukünftigen Quantencomputern geschaffen: Ihnen ist es erstmals gelungen, zwei Teilchen in einem optischen Resonator zu fangen und miteinander zu verschränken. (Bild: T. Northup)
In den vergangenen Jahren wurden große Fortschritte bei der Manipulation von einzelnen Atomen in optischen Resonatoren erzielt. Nun ist es einer Innsbrucker Forschergruppe um Tracy Northup und Rainer Blatt erstmals gelungen, zwei Kalziumionen in einem optischen Resonator zu fangen und miteinander zu verschränken. „Durch die genaue Positionierung der geladenen Teilchen im Resonator bestimmen wir, ob ein Ion oder beide Ionen mit den Photonen wechselwirken“, erklärt Northup. „Wenn beide Ionen mit dem Resonator gekoppelt sind, kann diese Wechselwirkung dazu genutzt werden, die beiden Teilchen quantenmechanisch zu verschränken.“ Die Verschränkung wird dabei über den Messprozess erzeugt: „In dem Moment, im den wir zwei Photonen, eines von jedem Ion, an zwei Detektoren messen, werden die Teilchen verschränkt“, sagt Northup. Die Verschränkung lässt sich dann durch die Analyse von Korrelationen im Fluoreszenzsignal der beiden Ionen nachweisen.
Wenn die zwei Ionen in räumlich getrennten Ionenfallen untergebracht wären, ließe sich das gleiche Messprotokoll verwenden, um die beiden Teilchen über eine große Distanz effizient miteinander zu verschränken. Dies ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einer funktionsfähigen Schnittstelle für Ionenfallen-Quantencomputer. Das gleiche Schema lässt sich aber auch auf andere Plattformen für zukünftige Quantencomputer, wie Quantenpunkte und neutrale Atome, anwenden.
IQOQI / AH