Der für das Quantenspeicherexperiment verwendete Kristall. Antonio Ortu/UNIGE
Forscher der Universität Genf UNIGE brachen einen neuen Rekord, indem sie ein Qubit 20 Millisekunden lang in einem Kristall speicherten, eine Presseerklärung enthüllt.
Der neue Rekord in der Quantenspeicherung könnte dazu beitragen, ultrasichere Quantentelekommunikationsnetze über große Entfernungen zu entwickeln.
Die Quantenphysik hat eine ganze Reihe von Innovationen ermöglicht, darunter Computer, Smartphones und GPS. Das Gebiet zeigt auch ein großes Potenzial, indem es neue Forschungswege eröffnet.für Quantencomputing und Kryptographie, wobei letztere möglicherweise das Senden verschlüsselter Nachrichten über Quantenkommunikationsnetzwerke ermöglicht.
Ein Hindernis steht im Weg. Nach einer Reise von einigen hundert Kilometern in einem Glasfaserkabel verschwinden die Photonen, die die Qubits Quantenbits tragen, die die Informationen speichern, und beenden die Kommunikation.
Die Forscher von UNIGE machten sich daran, „Repeater“ zu bauen, eine Art „Relais“, die teilweise auf Quantenspeichern basieren. Ihre Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht.npj Quanteninformation.
Superposition – von Albert Einstein als „gruselige Fernwirkung“ bezeichnet – würde eine ultrasichere Kommunikation ermöglichen, da sie einen Absender alarmieren würde, sobald ihre Nachricht abgefangen wurde, und sie nicht kopiert werden könnte, ohne die Verschränkung zu brechendie es ermöglicht, dass die Nachricht überhaupt gesendet wird.
Im Jahr 2015 gelang es einem Team der UNIGE unter der Leitung von Mikael Afzelius, Dozent am Institut für Angewandte Physik, ein von einem Photon getragenes Qubit für 0,5 Millisekunden in einem Kristall zu speichern. Das Photon übertrug seinen Quantenzustand auf die Atome des Kristallsbevor es verschwand. Die Ergebnisse zeigten jedoch, dass das Phänomen nicht lange genug anhielt, um das größere Kristallnetzwerk aufzubauen, das für den Aufbau eines riesigen Kommunikationsnetzwerks erforderlich ist.
"Ein Weltrekord für Quantenspeicher"
Der neue 20-Millisekunden-Meilenstein könnte jedoch genau der Durchbruch sein, nach dem das Team von Afzelius gesucht hat. „Das ist ein Weltrekord für a Quantengedächtnis basierend auf einem Festkörpersystem, in diesem Fall einem Kristall. Wir haben es sogar geschafft, die 100-Millisekunden-Marke mit einem kleinen Verlust an Wiedergabetreue zu erreichen", sagte Azfelius.
Für ihre Experimente hielten die Forscher ihre Kristalle bei Temperaturen von -273,15°C, um den Effekt der Verschränkung nicht zu stören.
"Wir haben ein kleines Magnetfeld von einem Tausendstel Tesla an den Kristall angelegt und dynamische Entkopplungsmethoden verwendet, die darin bestehen, intensive Radiofrequenzen an den Kristall zu senden", sagte Antonio Ortu, Postdoktorand in der Abteilung für AngewandtePhysik an der UNIGE.
"Der Effekt dieser Techniken besteht darin, die Ionen der Seltenen Erden von Störungen der Umgebung zu entkoppeln und die bisher bekannte Speicherleistung um fast das 40-fache zu steigern", fügte er hinzu.
Das Ergebnis dieses Experiments könnte die Entwicklung von Langstrecken-Quantentelekommunikationsnetzen ermöglichen, obwohl die Forscher die Speicherzeit noch weiter verlängern müssten. In ihrer Arbeit sagten die Forscher: „Das Ziel ist es, ein System zu entwickeln, das funktioniertgut in all diesen Punkten und das kann innerhalb von zehn Jahren vermarktet werden."