Højhastigheds kvantehukommelse til fotoner

Fysikere fra universitetet i Basel har udviklet en hukommelse, der kan lagre fotoner. Disse kvantepartikler rejser med lysets hastighed og er derfor velegnede til højhastighedsdataoverførsel. Forskerne var i stand til at opbevare dem i en atomdamp og læse dem op igen senere uden at ændre deres kvantemekaniske egenskaber for meget. Denne hukommelsesteknologi er enkel og hurtig, og den kan finde anvendelse på et fremtidigt kvanteinternet. Journalen Fysisk gennemgangsbreve har offentliggjort resultaterne.

Selv i dag, hurtig dataoverførsel i telekommunikationsnetværk anvender korte lysimpulser. Ultrabredbåndsteknologi bruger optiske fiberforbindelser, hvorigennem information kan overføres med lysets hastighed. I modtagerens ende, de overførte oplysninger skal opbevares hurtigt og fejlfrit, så de kan behandles yderligere elektronisk på computere. For at undgå transmissionsfejl, hver bit information er kodet i relativt stærke lysimpulser, der hver indeholder mindst flere hundrede fotoner.

For flere år, forskere over hele verden har arbejdet på at drive sådanne netværk med enkelte fotoner. At kode en bit pr. foton er ikke kun meget effektivt, men det giver også mulighed for en radikalt ny form for informationsbehandling baseret på kvantefysikkens love. Disse love tillader en enkelt foton at kode ikke kun tilstandene 0 eller 1 i en klassisk bit, men også at indkode en superposition af begge tilstande på samme tid. Sådanne kvantebits er grundlaget for kvanteinformationsbehandling, der kan gøre ubetinget sikker kommunikation og superhurtige kvantecomputere mulige i fremtiden. Evnen til at lagre og hente enkelte fotoner fra en kvantehukommelse er et nøgleelement for disse teknologier, som er intensivt undersøgt.

Et hold fysikere ledet af professorerne Philipp Treutlein og Richard Warburton fra universitetet i Basel har nu udviklet en særlig enkel og hurtig kvantehukommelse, der lagrer fotoner i en gas af rubidiumatomer. En laser styrer lagrings- og genfindingsprocesserne. Den anvendte teknologi kræver ikke køleanordninger eller kompliceret vakuumudstyr og kan implementeres i en meget kompakt opsætning. Forskerne var også i stand til at verificere, at hukommelsen har et meget lavt støjniveau og er velegnet til enkeltfotoner.

"Kombinationen af ​​en simpel opsætning, høj båndbredde og lavt støjniveau er meget lovende for fremtidig anvendelse i kvantenetværk, " siger Janik Wolters, første forfatter til undersøgelsen. Udviklingen af ​​sådanne kvantenetværk er et af målene for det nationale center for kompetence inden for kvantevidenskab og teknologi (NCCR QSIT) og for EU's rammeprogram for forskning og innovation, der har finansieret denne undersøgelse. I fremtiden, kvantenetværk kan føre til ubetinget sikker kommunikation, netværk af forskellige kvantecomputere og simulering af komplekse fysiske, kemiske og biologiske systemer.