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Prototyp eines Quantenspeichers

17.05.2013

Einem Team von Wissenschaftlern der University of Science and Technology of China in Hefei unter der Leitung von Dong-Sheng Ding ist es zum ersten Mal gelungen, ein Photon für kurze Zeit in einem bestimmten Quantenzustand zu speichern, was das erste Mal ist Schritt zur Schaffung eines Quantenspeichers, laut Technology Review.

Wissenschaftler haben gelernt, wie man Daten in ein einzelnes Photon schreibt, indem man den Drehimpuls der Bahn verwendet – ein Maß für die Helizität des Photons. Dabei kann ein Photon mehr als eine Information enthalten, da Richtung und Grad seiner „Verdrillung“ unterschiedlich sein können. In Wirklichkeit ist die Anzahl der möglichen Zustände eines Photons unendlich, und daher kann die in einem Photon codierte Datenmenge theoretisch unendlich sein.

Wissenschaftler haben immer wieder versucht, Photonen mit bestimmten Eigenschaften zu bilden und diese Eigenschaften dann auszulesen. Allerdings hat noch niemand eine Möglichkeit gefunden, Photonen mit bestimmten Eigenschaften zu speichern.

Dong-Sheng Ding behauptet, dass sein Team diese Methode erfunden hat. Nachdem die Forscher ein Photon mit bestimmten Eigenschaften erzeugt hatten, platzierten sie es in einer Wolke aus Rubidiumatomen und extrahierten es dann nach 400 ns. Nach der Extraktion behielt das Photon seine Konfiguration fast vollständig bei.

Laut dem Wissenschaftler ist ihr Experiment insofern einzigartig, als es ihnen erstmals gelang, ein einzelnes Photon zu erzeugen. Dazu verwendeten sie einen Prozess namens „spontane Vierwellenmischung“. Durch diesen Prozess konnten die Wissenschaftler mit Sicherheit feststellen, dass ein einzelnes Photon und keine Gruppe an dem Experiment beteiligt war.

"Wir beanspruchen das weltweit erste Experiment, bei dem ein einzelnes Photon mit Bahndrehimpuls in einer kalten Atomgruppe gespeichert wird", sagte Dean. Wissenschaftler glauben, dass ihre Leistung die Grundlage für Schalter für Quantencomputernetzwerke bilden könnte.

Bisher ist es Wissenschaftlern nicht gelungen, einen solchen Schalter zu bauen. Ohne Schalter in einem Quantennetzwerk kann ein Signal jedoch nur einen Weg zurücklegen. Um dieses Problem beim derzeitigen Stand der Technologieentwicklung zu lösen, schlugen Wissenschaftler aus den Vereinigten Staaten vor, einen gewöhnlichen Schalter im Zentrum des Quantennetzwerks zu platzieren, der am Eingang ein Lichtsignal in ein elektrisches umwandelt und umgekehrt die Ausgabe.

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