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In einem Quantennetzwerk übermitteln einzelne Photonen Informationen zwischen den Netzwerk-Knotenpunkten, wo sie in einem atomaren Gas gespeichert werden.

Universität Basel, Department Physik

(sda-ats)

Datenverarbeitung mit Quantenteilchen wie Photonen könnte abhörsichere Kommunikation und superschnelle Quantenrechner ermöglichen. Basler Physikern ist nun ein wichtiger Schritt dahin gelungen: Sie haben Photonen gespeichert und nahezu fehlerfrei wieder ausgelesen.

Datenübertragung mit Lichtgeschwindigkeit funktioniert schon heute: Das Ultrabreitband-Internet beruht auf Glasfaserverbindungen, durch die kurze Lichtpulse übermittelt werden. Allerdings braucht es pro Bit an Information relativ starke Lichtpulse von mehreren hundert Photonen, damit die Daten ohne Übertragungsfehler am Zielort gespeichert und elektronisch weiterverarbeitet werden können.

Weltweit suchen Forschende nach Möglichkeiten, die Datenübertragung auch mit einzelnen Photonen zu bewerkstelligen. Denn ein Bit Information in einem einzigen Photon zu codieren, wäre nicht nur extrem effizient, sondern erlaubt auch eine völlig neue Form der Datenverarbeitung: Photonen können nicht nur wie normale Bits die Werte 0 und 1 codieren, sondern - dank Quantenphysik - auch eine Überlagerung beider Werte gleichzeitig.

Einzelne Photonen, also "Quantenbits", zu speichern und fehlerfrei wieder auszulesen ist damit eine wichtige Voraussetzung für Quanteninformationsverarbeitung. Und diese würde eine abhörsichere Kommunikation und ultraschnelle Quantencomputer ermöglichen.

Durchbruch beim Speichern

Ein Physikerteam der Universität Basel ist dem nun einen Schritt näher gekommen: Es hat Photonen in einem Atomgas gespeichert und anschliessend wieder ausgelesen, ohne dass sich ihre quantenmechanischen Eigenschaften zu stark veränderten. Das teilte die Uni Basel am Donnerstag mit.

Die Forschenden um Philipp Treutlein und Richard Warburton nutzten zur Speicherung ein Gas aus Rubidium-Atomen, wie sie im Fachblatt "Physical Review Letters" berichten. Der Ein- und Ausleseprozess werde über Kontrolllaser gesteuert, schrieb die Uni Basel. Die Technologie käme ohne Kühlgeräte aus und lasse sich kompakt realisieren. Ausserdem sei sie rauscharm und eigne sich für einzelne Photonen.

"Die Kombination aus einfachem Aufbau, hoher Bandbreite und geringem Rauschen ist sehr vielversprechend für zukünftige Anwendungen in Quantennetzwerken", sagte Studienautor Janik Wolters gemäss der Mitteilung. Damit liessen sich mehrere Quantencomputer vernetzen, komplexe physikalische, chemische und biologische Systeme simulieren, und Informationen abhörsicher übermitteln.

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SDA-ATS