Physiker des Max-Planck-Instituts haben eine neue effiziente Methode zur Kontrolle der Quantenverschränkung von Photonen entwickelt und anhand der Verschränkung einer Rekordzahl von Photonen demonstriert. Diese Methode könnte ein Durchbruch für Quantencomputer sein.
Quantenverschränkung ist ein scheinbar unmögliches Phänomen. Im Wesentlichen können Teilchen so verschränkt werden, dass sie nicht mehr einzeln beschrieben werden können, und eine Änderung einer bestimmten Eigenschaft eines Teilchens ändert sofort seinen verschränkten Partner, egal wie weit sie voneinander entfernt sein mögen.
Die Implikationen davon alarmierten sogar Einstein selbst, der es bekanntermaßen als eine makabere Fernwirkung beschrieb.
So paradox es klingen mag, Quantenverschränkung wird seit Jahrzehnten experimentell nachgewiesen. Dieses Phänomen liegt sogar neuen kommerziellen Technologien wie Quantencomputern zugrunde, bei denen verschränkte Teilchen als Quantenbits (Qubits) verwendet werden können, die Informationen speichern und verarbeiten.
Um besser zu arbeiten, müssen Sie große Gruppen von Partikeln erstellen und sie miteinander verwirren, aber das ist schwierig. Daher untersuchten Physiker des Max-Planck-Instituts für eine neue Studie eine robustere Methode der Quantenverschränkung und nutzten sie, um erfolgreich 14 Photonen zu verschränken, die größte Gruppe von bisher verschränkten Photonen.
Das Team begann mit einem einzelnen Rubidiumatom, das in einem optischen Resonator eingeschlossen ist, der elektromagnetische Wellen auf eine bestimmte Weise reflektiert.
Das Atom wird von einem Laserstrahl mit einer bestimmten Frequenz getroffen, wodurch das Atom darauf vorbereitet wird, eine bestimmte Eigenschaft zu erwerben.
Dann wird ein weiterer Steuerimpuls an ihn gesendet, der bewirkt, dass das Atom ein mit dem Atom verschränktes Photon aussendet.
Dieser Vorgang wiederholt sich mit der Rotation des Atoms zwischen der Emission jedes Photons, bis eine ganze Kette von Photonen entsteht, die alle miteinander verschränkt sind.
Ein solcher Prozess ist viel effizienter als bestehende Verfahren und erzeugt in mehr als 43 % der Fälle Photonen oder fast ein Photon für jeweils zwei Laserpulse.
Wenn Sie die Quantentechnologie schon eine Weile verfolgen, klingen 14 verschränkte Teilchen vielleicht nicht nach viel – Wissenschaftlern ist es in früheren Experimenten gelungen, buchstäblich Billionen von Atomen in einem Gas zu verschränken.
Aber sie werden kein ähnliches System für Quantenkommunikation oder Computer verwenden können. Photonen sind viel einfacher zu produzieren und in alltäglichen Technologien zu verwenden, und die Wirksamkeit dieser neuen Technik sollte relativ einfach zu skalieren sein.
Mit diesem Ziel vor Augen, sagen die Wissenschaftler, besteht der nächste Schritt darin, mit mindestens zwei Atomen als Photonenquellen zu experimentieren.
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
2022-08-30 09:03:08
Autor: Vitalii Babkin