Fysiker från universitetet i Basel har utvecklat ett minne som kan lagra fotoner. Dessa kvantpartiklar färdas med ljusets hastighet och är därför lämpliga för höghastighetsdataöverföring. Forskarna kunde lagra dem i en atomånga och läsa upp dem igen senare utan att ändra deras kvantmekaniska egenskaper för mycket. Denna minnesteknik är enkel och snabb och den kan hitta tillämpning i ett framtida kvantinternet. Journalen Fysiska granskningsbrev har publicerat resultaten.

Även i dag, snabb dataöverföring i telekommunikationsnät använder korta ljuspulser. Ultra bredbandsteknik använder optiska fiberlänkar genom vilka information kan överföras med ljusets hastighet. Vid mottagarens slut, den överförda informationen måste lagras snabbt och utan fel så att den kan bearbetas vidare elektroniskt på datorer. För att undvika överföringsfel, varje bit av information kodas i relativt starka ljuspulser som var och en innehåller åtminstone flera hundra fotoner.

För några år, forskare över hela världen har arbetat med att driva sådana nätverk med enstaka fotoner. Att koda en bit per foton är inte bara mycket effektivt, men det möjliggör också en radikalt ny form av informationsbehandling baserad på kvantfysikens lagar. Dessa lagar tillåter en enda foton att koda inte bara tillstånden 0 eller 1 för en klassisk bit, men också för att koda en superposition av båda staterna samtidigt. Sådana kvantbitar är grunden för kvantinformationsbehandling som skulle kunna möjliggöra ovillkorligt säker kommunikation och supersnabba kvantdatorer i framtiden. Möjligheten att lagra och hämta enstaka fotoner från ett kvantminne är ett nyckelelement för denna teknik, som utreds intensivt.

Ett team av fysiker under ledning av professorerna Philipp Treutlein och Richard Warburton från universitetet i Basel har nu utvecklat ett särskilt enkelt och snabbt kvantminne som lagrar fotoner i en gas av rubidiumatomer. En laser styr lagrings- och hämtningsprocesser. Tekniken som används kräver inte kylanordningar eller komplicerad vakuumutrustning och kan implementeras i en mycket kompakt installation. Forskarna kunde också verifiera att minnet har en mycket låg ljudnivå och är lämplig för enstaka fotoner.

"Kombinationen av en enkel installation, hög bandbredd och låg ljudnivå är mycket lovande för framtida tillämpning i kvantnätverk, "säger Janik Wolters, första författaren till studien. Utvecklingen av sådana kvantnätverk är ett av målen för National Center of Competence in Quantum Science and Technology (NCCR QSIT) och EU:s ramprogram för forskning och innovation som har finansierat denna studie. I framtiden, kvantnätverk kan leda till ovillkorligt säker kommunikation, nätverk av olika kvantdatorer och simulering av komplexa fysiska, kemiska och biologiska system.