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Forschung & Entwicklung Quantenbits per Licht übertragen

Licht als Medium zu nutzen, um Informationen zwischen sogenannten Quantenbits zu übertragen, ist ein vielversprechender Ansatz in der Entwicklung von Quantencomputern.

Physikern der Princeton University (USA), der Universität Konstanz und des Joint Quantum Institute (Maryland, USA) ist es gelungen, Quantenbits mit dem elektromagnetischen Feld von Licht zu koppeln. Das Verfahren ermöglicht nicht nur die Übertragung von Informationen zwischen Quantenbits, die nicht direkt nebeneinanderliegen, sondern könnte auch ein störungsfreieres Auslesen der hochempfindlichen Quantenzustände ermöglichen.

Die Physiker erzeugten zunächst Quantenbits aus Silizium, indem sie einzelne Elektronen separierten und in Siliziumkammern – sogenannten „double quantum dots“ – einschlossen. Der Elektronenspin dient dabei als Speichermedium der Quanteninformation. Mittels eines Magnetfeldes wurde daraufhin die Quanteninformation des Elektronenspins auf Photonen übertragen. Die Forscher koppelten erfolgreich das elektromagnetische Feld des Lichts mit dem Drehimpuls des Elektrons, wodurch das Elektron seine Quanteninformation an das Licht weitergibt.

Dies eröffnet die Möglichkeit, Quanteninformationen per Licht auf andere Quantenbits zu übertragen. Die Kopplung von Quantenbits, die nicht direkt benachbart sind und weiter als nur wenige Nanometer auseinanderliegen, war bis zuletzt eine der großen Herausforderungen der Quantencomputer-Entwicklung.

Die Wissenschaftler nehmen an, dass ihre Methode ein weiteres Problem des Quantencomputers lösen könnte: Quantenbits sind hochempfindlich gegenüber Störquellen von außen, zum Beispiel durch Erschütterungen oder Hitze. Bereits das einfache Auslesen eines Quantenbits kann seinen Quantenzustand zerstören. Der neue Ansatz könnte dieses Problem umgehen, da Licht verwendet wird, um die Quanteninformationen auszulesen. Anders als bisherige Ausleseverfahren verändert Licht nur minimal die Position und den Zustand des Elektrons, das die Quanteninformation trägt, und löscht sie dabei nicht.

Originalveröffentlichung:

[X. Mi, M. Benito, S. Putz, D. M. Zajac, J. M. Taylor, G. Burkard und J. R. Petta. A Coherent Spin-Photon Interface in Silicon, Nature Advance Online Publication (2018), DOI: 10.1038/nature25769]

von mn

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