Fysiker vid Saarlands universitet i Saarbrücken, Tyskland, har lyckats trassla in en enda atom med en enda foton i telekomvåglängdsområdet. Detta utgör en grundläggande byggsten för överföring av kvantinformation över långa avstånd med låga förluster. Resultaten har väckt intresset för kvantteknologisamhället och publiceras nu i Naturkommunikation .
Kommunikation med hjälp av kvanttillstånd erbjuder ultimat säkerhet, eftersom avlyssningsförsök stör signalen och därför inte skulle förbli oupptäckt. Av samma anledning, fastän, långdistansöverföring av den informationen är svår. Inom klassisk telekommunikation, den ökande dämpningen av signalen motverkas genom att mäta, förstärka och återsända den i så kallade repeaterstationer, men detta visar sig vara lika skadligt för kvantinformationen som en avlyssnare.
Därför, en annan princip måste användas:kvantrepeatern. Här, kvantintrassling etableras först över korta avstånd och sprids sedan till längre separationer. Kvantintrassling mellan två partiklar betyder att deras gemensamma tillstånd är exakt definierat, även om när man mäter de individuella tillstånden för partiklarna, resultaten är slumpmässiga och oförutsägbara. En möjlig realisering är att trasssla in en enda atom med en foton som den avger. Detta är vad som händer i professor Jürgen Eschners laboratorier, använder enstaka kalciumatomer i en jonfälla som styrs av laserpulser (www.uni-saarland.de/en/lehrstuhl/eschner.html). För våglängden på 854 nanometer där atom-foton intrassling skapas, dock, inga optiska fibrer med låg förlust för långdistansöverföring existerar; istället, man skulle vilja sända fotonerna i något av de så kallade telekombanden (1300 – 1560 nanometer). Tekniken för att omvandla fotoner till denna regim, kvantfrekvensomvandlaren, har utvecklats av professor Christoph Becher och hans forskargrupp (www.uni-saarland.de/fak7/becher/index.htm).
Tillsammans, de två grupperna har nu visat att efter kvantfrekvensomvandling, telekomfotonen är fortfarande intrasslad med atomen som sänder ut den ursprungliga fotonen, och att den höga kvaliteten på förvecklingen bibehålls. En av de fascinerande aspekterna av arbetet är att det intrasslade kvanttillståndet hos de två mikroskopiska partiklarna (en enda atom och en enda telekomfoton) sträcker sig över flera våningar i universitetets fysikbyggnad. "Detta banar väg för intrassling över 20 kilometer och mer", kommenterar Matthias Bock, Ph.D. student i kvantteknologi och första författare till studien. Resultaten är ett viktigt steg mot att integrera kvantteknik i konventionell telekommunikation; för sin forskning mot detta mål, de två grupperna vid Saarlands universitet finansieras av det tyska ministeriet för utbildning och forskning, BMBF.
Förklaring av kvantintrassling:
Tillståndet för en individuell kvantbit (en atom med två energitillstånd av sin elektron, eller en foton med två riktningar av dess polarisation) kan visualiseras som en punkt på ytan av en sfär. Mätning av det tillståndet ger ett oförutsägbart resultat var som helst på ytan. Den andra qubiten som är intrasslad med den första kommer, dock, alltid hittas i motsatt punkt på sfären. Denna korrelation kan även finnas över stora avstånd. Einstein kallade detta fenomen för "spöklik handling på avstånd"; det tillhör kvantmekanikens icke-intuitiva egenheter, men det har bekräftats i många experiment.
