Laser in farbigen Knoten
Max-Planck-Institut ebnet künftigen Quantennetzwerken den Weg
Den Farben, die unser Auge wahrnimmt, entspricht auf der physikalischen Ebene die jeweilige Frequenz des Lichts, die Häufigkeit seiner Schwingungen. Als gebündelte Lichtstrahlen können Laser verschiedene Farben annehmen. Eine deutsch-brasilianische Forschergruppe nützt dies aus, um Vorbedingungen für künftige Quantennetzwerke zu erarbeiten. Das Erlanger Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts hat zusammen mit der Universität Erlangen-Nürnberg und der Universität von São Paulo ein Projekt zur Verschränkung zwischen drei Laserstrahlen verschiedener Farbe durchgeführt. Das gelungene Experiment beschreiben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der online-Ausgabe der Fachzeitschrift Science.
Dr. Katiuscia Cassemiro und Dr. Alessandro Villar, beide Post-doc-Forscher am Max-Planck-Institut und dem Institut für Optik, Information und Photonik der Universität, haben von Erlanger Seite Ideen, Berechnungen und Simulationen zu dem Projekt beigesteuert. Die experimentelle Arbeit, also die erforderlichen Messungen, wurden von den Kollegen in Brasilien übernommen.
Nach dem Ausdruck "entangle" für "verwirren, verhaken" wird eine Verschränkung zwischen drei Laserstrahlen mit verschiedenen Farben im Englischen auch "rainbow entanglement" genannt. Ein solches "Regenbogenknäuel" könnte in Zukunft sehr nützlich sein für Quantennetzwerke, die für Aufgaben wie Quantenberechnungen und die Realisierung von Quantenspeichern mehrere Systeme verwenden. Solche Systeme sind zunächst nicht kompatibel; zwischen ihnen können also keine Informationen ausgetauscht werden. Die verschiedenfarbigen, verschränkten Laserstrahlen übernehmen die Übersetzungsaufgabe. Anders gesagt: Jedes Quantenkommunikationsgerät ("Quanten Hardware") in einem zukünftigen Quantennetzwerk wird wahrscheinlich eine unterschiedliche resonante Lichtfrequenz (d. h. Farbe) zum Informationstransfer besitzen. Durch verschränktes Licht mit verschiedenen Frequenzen könnten zwei oder mehr Lichtstrahlen mit den richtigen Frequenzen die Kommunikation verschiedener Systemen sicherstellen.
Mit Verlusten von Licht, die - wenn auch nur in geringen Maß - in einem Quantenkanal ebenso wie in einem klassischen Kanal prinzipiell unvermeidbar sind, befasste sich ein zweiter Teil der Arbeit. Überraschenderweise ergab sich, dass von der Verschränkung im "Lichtknoten" nicht nur dann nichts mehr bleibt, wenn überhaupt kein Laserlicht mehr vorhanden ist. Bereits bei geringen Verlusten ist die Verschränkung zerstört. Es ist dieses Ergebnis, das zu der Veröffentlichung in Science Magazine führte.
Im kommenden Jahr werden die Forschungen zum selben Thema fortgesetzt, erneut in Zusammenarbeit mit der brasilianischen Gruppe. Dann wird es auch in Erlangen Experimente geben.
Weitere Informationen für die Medien:
Dr. Alessandro S. Villar
Tel.: 09131/85-28377
Alessandro.Villar@mpl.mpg.de
uni | mediendienst | forschung Nr. 48/2009 vom 21.09.2009