Quantenphysik
23.03.2022, 13:04 Uhr
Genfer Physiker erzielen Weltrekord für «Quanten-Post»-System
Qubits in Kristallen zu speichern: Das ist Genfer Forschern gelungen. Damit wurde ein weiterer Schritt auf dem Weg zu einem Quantenkommunikations-Netzwerk unternommen.
Kristall, der zur Speicherung von photonischen Qubits verwendet wird
(Quelle: Antonio Ortu/unige.ch)
Forschern der Universität Genf ist es gelungen, Quanten-Bits für 20 Millisekunden in einem Kristall zu speichern. Das bedeute Weltrekord für einen auf einem Festkörpersystem basierenden Quantenspeicher, berichten die Physiker.
Dies sei ein wichtiger Schritt auf dem Weg hin zu einem Quantenkommunikation-Netzwerk, teilte die Universität Genf mit. Die Speicherzeit von 20 Millisekunden entspricht den Forschern zufolge einer 40-fachen Steigerung im Vergleich zu vergleichbaren Systemen. Die Qubits, die Rechnungseinheiten der Quantencomputer, speicherten sie in Kristall, der mit Metallen der seltenen Erden dotiert war. Das berichten sie im Fachblatt «NPJ Quantum Information».
Quantenkryptografie gilt als die Zukunft der Hochsicherheitskommunikation. Sie verschlüsselt die in Form von Photonen verschickten Informationen so, dass sie nicht von Unbefugten unbemerkt abgefangen werden kann. Sie nutzt Glasfaserleiter, um Distanzen von mehreren Hundert Kilometern zu überbrücken.
Allerdings kann das Signal nicht verstärkt werden, um es über längere Distanzen zu verbreiten. Es braucht daher sogenannte «Repeater», die insbesondere auf Quantenspeicher basieren. Eine Langzeitspeicherung auf Quantenebene zu erreichen, gilt aber als Herausforderung in der Fachwelt.
Noch längere Speicherzeit nötig
Die Genfer Forscher um Mikael Afzelius bewahrten die Kristalle bei minus 273,15 Grad Celsius auf, dem absoluten Nullpunkt. Denn bei höheren Temperaturen verlieren die Quanten-Teilchen ihre Verschränkung. Dieses von Albert Einstein als «spukhaft» bezeichnete Phänomen sorgt dafür, dass Teilchen auf scheinbar paradoxe Weise über grosse Distanzen miteinander verbunden bleiben.
Für die Entwicklung von Quanten-Telekommunikationsnetzen müsse es zum einen gelingen, mehrere Photonen gleichzeitig speichern zu können. Zum anderen müsse die Speicherzeit weiter verlängert werden, sagte Afzelius gemäss der Mitteilung. Technische Hindernisse würden derzeit verhindern, über 100 Millisekunden hinauszugehen. «Es ist jedoch sicher, dass diese technischen Schwierigkeiten überwunden werden können», zeigt sich der Forscher optimistisch.
