Die Verschlüsselung von Daten auf eine Weise, die eine sichere Kommunikation ermöglicht, wird immer häufiger
Quantenverschränkung – Quantenmechanikein Phänomen, bei dem die Quantenzustände von zwei oder mehr Objekten voneinander abhängig sind. Das bedeutet, dass in einem Quantennetzwerk die stationären Qubits des Netzwerks in einem Kommunikationskanal verschränkt sind, der meist aus Photonen (Lichtteilchen) besteht. Physiker der Universität Bonn haben erstmals eine Quantenverschränkung zwischen einem stationären Qubit (einem Zwei-Zustands-Quantensystem) und einem direkt an eine optische Faser gekoppelten Photon (einem faseroptischen Resonatorphoton) nachgewiesen. Die Ergebnisse der Studie werden von der Zeitschrift veröffentlicht.npj Quanteninformation.
Quantensysteme sind Teil der Technologie der Zukunft.Wenn Träger von Quanteninformationen (Quantenknoten) durch Quantenkanäle miteinander verbunden sind, wird ein Quantennetzwerk gebildet. Seit 2009 arbeiten Wissenschaftler der Universität Bonn an der Implementierung eines Quantennetzwerkknotens, bei dem ein separates Ion in Form eines Speicher-Qubits als Schnittstelle zwischen Licht und Materie mit einem optischen Resonator verbunden ist.
Für die Verteilung von Quanteninformationen inNetzwerke stationäre Netzwerk-Qubits müssen mit einem Kommunikationskanal verbunden sein. Das Problem ist, dass ein Quantenzustand nicht auf klassische Weise kopiert und übertragen werden kann. Als Kommunikationskanal werden normalerweise Photonen verwendet, die schwer zu speichern sind, aber eine schnelle Übertragung von Informationen ermöglichen. Die Implementierung effizienter Schnittstellen zwischen Photonen und stationären Qubits ist entscheidend für die Informationsübertragungsrate und Skalierbarkeit eines Quantennetzwerks.
In ihrem Versuchsaufbau haben Wissenschaftlerrealisierte eine besondere Schnittstelle zwischen Licht und Materie. Dazu nutzten die Physiker einen optischen Resonator, der aus zwei gegenüberliegenden Spiegeln an den Enden zweier Lichtleiter besteht. Mithilfe eines Laserpulses entfernten die Wissenschaftler außerdem einen Teil der optischen Faser und beschichteten deren Enden anschließend mit einer reflektierenden Beschichtung.
Das Design und die Kombination eines solchen Resonators mitEines ist ein experimentelles Problem. Die Fasern und das Ion müssen mit einer relativen Genauigkeit von etwa einem Mikrometer relativ zueinander positioniert werden. Ein kleines Hohlraumvolumen erhöht jedoch die Wechselwirkung von Licht mit Materie. Dies bietet eine hohe Bandbreite für die Verteilung von Quanteninformationen über das Netzwerk. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Faserresonator zur internen Kopplung von Photonen an die optischen Fasern führt. Dies vereinfacht ihre Verbreitung im Web erheblich.
Mit Ihrem VersuchsaufbauWissenschaftler waren die ersten, die eine Quantenverschränkung zwischen einem stationären Qubit und einem Photon in einem faseroptischen Resonator demonstrierten. Sie bemerkten, dass selbst in einer Entfernung von anderthalb Metern ein einzelnes Ion und ein Photon einen gemeinsamen verschränkten Quantenzustand hatten.
Die Forschungsergebnisse werden in nützlich seinverteiltes Quantencomputing. Physiker planen, ihr System weiterzuentwickeln, indem sie beispielsweise die Stabilität der Grenzfläche zwischen Licht und Materie verbessern und ein Gerät zur Verteilung von Quantenschlüsseln verwenden.
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Ein Qubit ist eine Quantenentladung oder das kleinste Element zum Speichern von Informationen in einem Quantencomputer.