Photonen können dank Quantenverschränkung mehr Informationen tragen
Die Nutzung der Quanteneigenschaften von Photonen wie Energie und Spin, um optische Quantennetzwerke zu realisieren, ist besonders reizvoll, weil Photonen immun gegen Störungen aus der Umgebung sind. Darüber hinaus können sie leicht manipuliert werden und unterliegen auch einer hocheffizienten Detektion. Außerdem ist es möglich, sie in mehreren Photonenquellen zu initiieren, auch wenn starke Wechselwirkungen auf der Ein-Photonen-Ebene schwer zu erreichen sind. Die Wissenschaftler des EU-geförderten Projekts QOCO (Quantum optical control) erstellten optische Quantennetzwerke mit einem optischen parametrischen Oszillator, angetrieben von Femtosekundenpulsfolgen. Die Femtosekundenpulsfolgen wurden mithilfe eines modengekoppelten Titan-Saphir-Oszillators erzeugt, der 76 MHz-Folgen von 140 Femtosekundenpulsen lieferte. Die zweite Harmonische (~280 Femtosekunden) diente dazu, den optischen parametrischen Oszillator synchron zu pumpen. Insbesondere enthielten die Femtosekundenpulsfolgen bis zu 10.000 individuelle Frequenzmodi. Die gleichzeitige Injektion all dieser Modi erzeugte ein komplexes Netzwerk von Frequenzkorrelationen. Die Wissenschaftler nutzten einen optischen parametrischen Oszillator, um auf diese Zustände zuzugreifen. Der optische parametrische Oszillator wurde mit einem freien Spektralbereich (oder anders: Finesse) ausgewählt, um der Wiederholungsrate der Pulsfolgen zu entsprechen. Um die spektrale Verschränkung in diesem Frequenzkamm voll und ganz zu charakterisieren, benutzten die Wissenschaftler ultraschnelle Pulsformung. Jede mögliche Kombination von Spektralbändern stellte sich als verschränkt heraus. Diese Mehrfarbenverschränkung importiert den klassischen Begriff des Wellenlängenmultiplexing in die Quantendomäne, was die Quantenkanalkapazität erhöht. Das Fehlen einer teilweise trennbaren Form wies darauf hin, dass der optische parametrische Oszillator eine praktische, kompakte Quelle für massiv verschränkte Quantenzustände ist. Das Netz von Quantenkanälen, die in der breiten Frequenzkammstruktur präsent sind, sollte eine Vielzahl von Anwendungen in der Quantenmetrologie sowie für Quantencomputer finden.
Schlüsselbegriffe
Quantenverschränkung, Photonen, optische Quantennetzwerke, Femtosekundenpulsfolgen, Quantenmetrologie
