Quantenoptik für die Quanteninformationsverarbeitung
Die Quanteninformationsverarbeitung mit Licht ist eine verlockende Möglichkeit, erfordert aber die Fähigkeit, Logikgatter auf der Einzelphotonen-Ebene umzusetzen. Photonen sind ladungsfrei und interagieren nicht direkt. Daher werden für Berechnungen auf Basis von linearen optischen Schaltungen Messungen mit probabilistischen Ergebnissen kombiniert, um Photon-Photon-Wechselwirkungen über post-Auswahl implementieren. Dieser Ansatz allein ist nicht skalierter auf große Geräte, weil für mehrere Logikgatter der Wahrscheinlichkeitserfolg mit der Größe der Berechnung zusammen fällt. Im Rahmen des EU-geförderten Projekts MEQUIP (Memory-enhanced photonic quantum information processing) verwendeten Forscher Speicher für Licht, um lineare optische Schaltungen in eine skalierbare Architektur für das Quantencomputing umzuwandeln. Speziell entwickelte das MEQUIP-Team eine Reihe von Tools und Techniken, mit denen sich das Hindernis für die Skalierung überwinden lässt. Um eine großtechnische Verarbeitung von Quanteninformation möglich zu machen, wird eine Strategie für das zeitliche Multiplexen benötigt, um erfolgreiche Ereignisse aktiv auszuwählen. Quantenspeicher boten ein effizientes Mittel durch aktive Synchronisation. Die Forscher koppelten eine Einzelphotonenquelle mit Gigahertz-Bandbreite mit einem Raumtemperatur-Raman-Speicher. Sie speicherten einzelne Photonen und beobachtet den Einfluss der Eingangsphotonenstatistik auf das abgerufene Licht, was mit den theoretischen Vorhersagen übereinstimmte. Die Bewahrung der Statistik des gespeicherten Feldes war jedoch durch Vier-Wellen-Mischrauschen begrenzt. Über ihre Rolle in der Synchronisation hinaus untersuchten die Forscher auch das Potenzial, Informationen direkt in Speichern zu verarbeiten. Sie analysierten die Quanten-Interferenz von optischen und materiellen Erregungen während der Speicheroperation. Fortschritte im Verständnis, wie Quantenspeichern effektiv genutzt werden könnten, um probabilistische Quanten-Routinen zu skalieren, eröffnen neue Wege für die Forschung. Wichtig ist, dass die Ergebnisse von MEQUIP die Grundlage für neue Kooperationsprojekte lieferte. Dazu gehören das EU-geförderte Projekt QUCHIP(öffnet in neuem Fenster), in dem die Verwendung von Quantenspeichern weiter untersucht wird, sowie die Möglichkeit zum spektralen Multiplexen durch das Netzwerk Networked Quantum Information Technologies (NQIT)(öffnet in neuem Fenster).
Schlüsselbegriffe
Quanteninformationsverarbeitung, Quantenspeichern, Photonen, lineare optische Schaltungen, MEQUIP
