Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Fysik

Forskere udvikler modul til quantum repeater

Fysikere ved Saarland Universitet i Saarbrücken, Tyskland, er det lykkedes at sammenfiltre et enkelt atom med en enkelt foton i tele bølgelængdeområdet. Dette udgør en grundlæggende byggesten til transmission af kvanteinformation over langdistance med lavt tab. Resultaterne har skabt interesse for kvanteteknologisamfundet og er nu offentliggjort i Naturkommunikation .

Kommunikation ved hjælp af kvantetilstande giver ultimativ sikkerhed, fordi aflytningsforsøg forstyrrer signalet og derfor ikke forbliver uopdaget. Af samme grund, selvom, langdistanceoverførsel af disse oplysninger er vanskelig. I klassisk telekommunikation, den stigende dæmpning af signalet modvirkes ved måling, forstærker og sender det igen i såkaldte repeaterstationer, men dette viser sig at være lige så skadeligt for kvanteoplysningerne som en aflytter.

Derfor, et andet princip skal bruges:kvante -repeateren. Her, kvanteindvikling etableres først over kort afstand og spredes derefter til længere adskillelser. Kvantindvikling mellem to partikler betyder, at deres fælles tilstand er præcist defineret, selvom man måler partiklernes individuelle tilstande, resultaterne er tilfældige og uforudsigelige. En mulig erkendelse er at sammenfiltre et enkelt atom med en foton, som det udsender. Dette er hvad der sker i laboratorierne hos prof. Jürgen Eschner, anvender enkelte calciumatomer i en ionfælde, der styres af laserpulser (www.uni-saarland.de/en/lehrstuhl/eschner.html). For bølgelængden på 854 nanometer, hvor atom-foton-sammenfiltring skabes, imidlertid, der findes ingen optiske fibre med lav tab til langdistanceoverførsel; i stedet, man vil gerne sende fotoner i et af de såkaldte telebånd (1300-1560 nanometer). Teknologien til at konvertere fotoner til dette regime, kvantefrekvensomformeren, er udviklet af prof. Christoph Becher og hans forskningsgruppe (www.uni-saarland.de/fak7/becher/index.htm).

Sammen, de to grupper har nu vist, at efter kvantefrekvensomdannelse, telefonen er stadig viklet ind i det atom, der udsendte den originale foton, og at den forvirrede høje kvalitet bevares. Et af de fascinerende aspekter af arbejdet er, at de to mikroskopiske partiklers sammenfiltrede kvantetilstand (et enkelt atom og et enkelt telekomfoton) strækker sig over flere etager i universitetets fysikbygning. "Dette baner vejen for sammenfiltring over 20 kilometer og mere", kommenterer Matthias Bock, Ph.d. studerende i kvanteteknologier og første forfatter af undersøgelsen. Resultaterne er et vigtigt skridt i retning af at integrere kvanteteknologier i konventionel telekommunikation; for deres forskning i retning af dette mål, de to grupper på Saarland Universitet er finansieret af det tyske ministerium for uddannelse og forskning, BMBF.

Forklaring på kvanteindvikling:

Tilstanden for en individuel kvantebit (et atom med to energitilstande for dets elektron, eller en foton med to retninger af dens polarisering) kan visualiseres som et punkt på overfladen af ​​en kugle. Måling af denne tilstand giver et uforudsigeligt resultat overalt på overfladen. Den anden qubit, der er viklet ind i den første, vil, imidlertid, altid findes i det modsatte punkt på kuglen. Denne sammenhæng kan også eksistere over store afstande. Einstein kaldte dette fænomen for "uhyggelig handling på afstand"; det tilhører kvantemekanikkens ikke-intuitive særegenheder, men det er blevet bekræftet i mange forsøg.

Varme artikler