Photonische Quantencomputer

Foto: Präparationsaufbaus Pumplaser

Quantentechnologie basiert auf der Erschließung einzigartiger Quantenphänomene wie der Superposition und der Verschränkung. Einzelne Lichtteilchen, sogenannte Photonen, sind dabei hervorragende Quanteninformationsträger, da sie auf natürliche Art und Weise ideal von ihrer Umgebung isoliert sind. Die auf Photonen basierenden Quantencomputer versprechen darüber hinaus, außerordentlich schnell zu sein. Allerdings sind derzeitige Methoden zum Präparieren, zur Verarbeitung und zur Messung von Photonen nach wie vor ineffizient.

"Das neue Schema ermöglicht die kohärente Konversion zwischen unterschiedlichen Photonen-Zuständen und basiert auf der Erhöhung der Nicht-Linearität eines Mediums durch ein starkes Laserfeld. Diese Methode ebnet den Weg zur Lösung der noch offenen Herausforderungen in der optischen Quanteninformations-Verarbeitung", erklärt Sven Ramelow. Die deterministische Verdoppelung einzelner Photonen löst etwa das Problem des Präparierens und der Messung, und eine neuartige Form einer Photon-Photon-Wechselwirkung öffnet den Weg für effiziente Quanten-Gatter. Diese neuen Quantenoptik-Werkzeuge, die durch die "kohärente Photonen-Konversion" ermöglicht werden, versprechen, zu einem nicht-linearen optischen Quantencomputer zu führen.

In einer ersten Serie von Experimenten mit Photonen demonstrierte die Forschungsgruppe den zentralen, dem Schema zugrunde liegenden Prozess mithilfe von hoch nichtlinearen Glasfasern. Während eine deterministische Umsetzung des Prozesses noch aussteht, legen die Ergebnisse der Autoren nahe, dass dies mit ausgeklügelten optischen Technologien wie hoch nicht-linearen Gläsern und stärkeren Lasern umgesetzt werden kann. Die allgemeine Idee der "kohärenten Photonen-Konversion" lässt sich auch bei verschiedensten anderen physikalischen Systemen wie Atomen oder nano-mechanischen Elementen anwenden.


COMPAMED.de; Quelle: Universität Wien