Photonen und Atome in Quantensystemen kombinieren
Obwohl man sich immer noch größtenteils im Reich der Theorie bewegt, versprechen Quantencomputer eine Revolution in der Informationsverarbeitung. Herkömmliche Computer speichern und verarbeiten Informationen als Bits, die den Wert "0" oder "1" annehmen. Ein Quantencomputer dagegen würde die Fähigkeit subatomarer Teilchen ausnutzen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt mehr als einen Zustand anzunehmen. Quantennetzwerke könnten Quantencomputer-Standorte über weite Distanzen hinweg verbinden und Funktionen wie Quantenkrytografie (Quantum Key Distribution, auch Quanten-Schlüsselaustausch) und Teleportation ermöglichen. Sie sind jedoch eine ernsthafte Herausforderung für die sich mit Quanteninformatik beschäftigende Wissenschaftlergemeinschaft. Um die technischen Möglichkeiten den Quantennetzwerken einen Schritt näher zu bringen, schlug das EU-finanzierte 40CACQED-Projekt ("Entanglement with trapped ions in an optical cavity") vor, gefangene Ionen - welche die vielversprechenden Informationsträger im Rechnen mit Quanten sind - mit einem optischen Resonator zu koppeln. Auf diese Weise könnte eine Quantenschnittstelle zwischen Photonen und Atomen geschaffen werden, die eine kohärente Übertragung von Quanteninformationen zwischen Licht und Materie gestattet. Wissenschaftler fingen die Ionen unter Einsatz dieser neuen Falle unter den Bedingungen des Ultrahochvakuums. Parallel dazu wurde ein Resonator hoher Güte mit mehr als doppelter Faser-Faser-Separation konstruiert, der zuvor bei Experimenten mit neutralen Atomen verwendet wurde. Außerdem wurde ein 729 nm-Laser eingesetzt, um den Qubit-Übergang anzugehen und die in den Ionen gespeicherten Quanteninformationen auszulesen. Bei der Entwicklung der neuen Techniken kam die Raman-Spektroskopie des Ionen-Resonantor-Systems zum Einsatz, um die Kopplung des Ions an den Resonator zu optimieren. Der Ansatz des 40CACQED-Projekts zum Einfangen der Ionen in einem optischen Resonator gestattete eine kohärente Übertragung von Quanteninformation zwischen Licht und Materie. Diese Erkenntnisse werden bedeutende Konsequenzen für zukünftige Quantensystemnetzwerke haben.
