Quantencomputer-Forschung macht Fortschritte

Ein Wissenschaftlerteam der Universität Heidelberg, der University of Science and Technology of China (USTC) und der Technischen Universität Wien übertrug den Zustand eines Photons auf einen atomaren Quantenspeicher, speicherte ihn dort und übertrug ihn anschließend wieder auf ein Photon.

“Das ist die erste Vorführung von Quantenteleportation von einem photonischen Quantenbit auf ein atomares Quantenbit mit integriertem Speicher”, sagte der Quantenphysiker Yuao Chen.

Quantenbits (Qubits) sind die Informationsträger im Bereich der Quantencomputer, deren Entwicklung inzwischen auch kommerzielle Unternehmen vorantreiben. Das jetzt erzielte Ergebnis gilt als Grundlagenerfolg. “Wir arbeiten an der Umsetzung von Kommunikation über größere Distanzen”, so Chen.

Das Problem daran ist, dass der Qubit-Informationsgehalt von über Lichtleiter übertragenen Photonen nach einer gewissen Strecke verloren geht. Ein Lösungsansatz dafür wären Quantenrepeater, die längere Signalstrecken unterteilen. Die photonische Qubit-Information würde in den Repeatern zwischengespeichert. Genau das ist dem internationalen Forscherteam gelungen. Photonen konnten die enthaltene Quanteninformation in einem Ensemble ultrakalter Rubidium-Atome speichern und nach bis zu acht Mikrosekunden wieder ausgelesen werden. Die Speicherzeitspanne wollen die Forscher in weiterer Folge deutlich erhöhen.

Einen weiteren Forschungserfolg hat eine internationale Gruppe um Forscher der Universität Freiburg verbucht. Sie konnten mit einer einfachen Formel die Lebensdauer der Verschränkung zweier Qubits unter relativ allgemeinen Bedingungen abschätzen. Bisher war derartiges nur für einzelne, spezielle Fälle gelungen. “Mit unserer Formel bringen wir nun erstmals eine relativ große und für die Anwendung – etwa in der Kryptographie – relevante Klasse von Szenarien unter einen Hut”, sagte der Quantenphysiker Andreas Buchleitner.

Allerdings ist das Ergebnis nur als allererster Schritt zu sehen. Für einen realen Quantencomputer müssten Tausende Qubits zu Registern verbunden werden – die Forscher wollen ihre Formel dementsprechend für größere Systeme verallgemeinern.