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Speicher-Qubits per Glasfaser vernetzt

Durch die Verschränkung eines Ions mit einem Photon gelang Forschern ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu Quantennetzwerken und Quantenkryptografie.

Der Glasfaser-Resonator besteht aus zwei haarfeinen Glasfasern (waagerecht eingespannt), an deren Ende je ein winziger Hohlspiegel sitzt. Wenn ein zwischen den Faserenden gehaltenes Ion ein verschränktes Photon emittiert, dann nimmt der Resonator dieses auf und leitet es durch eine der Glasfasern weiter.

Bild: Uni Bonn

Erstmals konnte ein Team um Professor Dr. Michael Köhl in Bonn die Quantenverschränkung zwischen einem Ion und einem Photon mit direkter Kopplung an eine Glasfaser erzeugen. Eine eigens entwickelte Schnittstelle speist das Photon kurz nach seiner Entstehung direkt in die Glasfaser ein. Dieser sogenannte Glasfaser-Resonator besteht aus zwei einander gegenüberliegenden Hohlspiegeln, jeweils am Ende haarfeiner Glasfasern. Die Ionenfalle platzierten die Forscher dazwischen. Mittels extrem kurzer Laserpulse gelang es ihnen, die Emission eines verschränkten Photons auszulösen, das der Faser-Resonator dann aufsammelte.

Während das Ion als stationäres Speicherqubit dient, kann das Photon als Qubit die gemeinsame Quanteninformation weitertragen. So sei aus Ionenfalle und Resonator ein erster Glasfaser-basierter Quantennetzwerkknoten entstanden, wie Pascal Kobel, Erstautor der Studie, gegenüber c’t erläuterte. Damit ließen sich nicht nur verteilte Quantencomputer in ferner Zukunft vernetzen. Aus einer Konfiguration mit mehreren Faser-Resonatoren lasse sich schon in wenigen Jahren ein sogenannter Quantenrepeater entwickeln, ist sich Kobel sicher. Solche Repeater sind heute noch der Missing Link, der benötigt wird, um Schlüssel per Glasfaser über mehr als wenige hundert Kilometer physikalisch sicher auszutauschen.