Physiker machen Fortschritte

Langzeitspeicher für die Quantenkommunikation

Wissenschaftler der Universität Heidelberg haben eigenen Angaben zufolge einen Durchbruch in der Quantenkommunikation erreicht.

Die Quantenkommunikation ermöglicht die Übermittlung von vertraulichen Daten mit absoluter Sicherheit. Will man quantenverschlüsselte Daten über große Entfernungen übertragen, muss man der unvermeidbaren Abschwächung des übermittelten Signals entgegenwirken. Deswegen werden zur Herstellung einer Verbindung Zwischenstationen („Quanten-Repeater“) benötigt, die einen speziellen Speicher besitzen. Die bisher mögliche Speicherzeit begrenzte die Kommunikationsdistanz auf wenige Kilometer. Physiker um Prof. Jian-Wei Pan von der Uni Heidelberg haben diesen Quantenspeicher nun so weit verbessert, dass damit Verbindungen über Hunderte von Kilometern erreicht werden können.

Linkes Bild: Lasergekühlte Metalldampfwolke aus Rubidiumatomen (orange), die im Inneren einer Vakuum-Glaszelle erzeugt wird und eine Temperatur nahe des absoluten Nullpunktes (-273 °C) hat. Rechtes Bild: Glaszelle (roter Kreis) mit Spiegeln und Linsen für die Laserstrahlen und Magnetspulen aus Kupferdraht zur Abschirmung vor elektromagnetischen Streufeldern. Fotos: Uni Heidelberg
Linkes Bild: Lasergekühlte Metalldampfwolke aus Rubidiumatomen (orange), die im Inneren einer Vakuum-Glaszelle erzeugt wird und eine Temperatur nahe des absoluten Nullpunktes (-273 °C) hat. Rechtes Bild: Glaszelle (roter Kreis) mit Spiegeln und Linsen für die Laserstrahlen und Magnetspulen aus Kupferdraht zur Abschirmung vor elektromagnetischen Streufeldern. Fotos: Uni Heidelberg
Foto: xyz xyz

Pan und seine Kollegen haben dafür einen Quantenspeicher mit einem lasergekühlten Metallgas für einzelne Lichtteilchen (Photonen) genutzt. Deren Quantenzustände können nun erstmals im Millisekundenbereich gespeichert werden. Die Verbesserung wurde nach Untersuchung der Ursachen des Informationsverlustes während der Speicherung erzielt. Zudem reduzierten die Forscher Einflüsse von äußeren Streumagnetfeldern und Bewegungen der Atome im Innern des Quantenspeichers.

Die Wissenschaftler erwarten, dass sich durch die weitere Verbesserung ihres Speichers in den kommenden Jahren die maximalen Übertragungsdistanzen enorm steigern lassen. Dann soll ein sicheres Kommunikationsnetz mit Quanten-Repeatern für ganz Europa möglich sein.

Beteiligt an den Forschungen waren neben der Uni Heidelberg die University of Science and Technology of China und die TU Wien. (dsc)