Schritt zum Quantencomputer
Innsbrucker Physikern ist der Transfer von Verschränkungen gelungen. Das gilt als ein wichtiger Schritt auf dem Weg zum Quantencomputer.
Die von Albert Einstein als "spukhafte Fernwirkung" beschriebene Verschränkung von zwei Teilchen lässt sich auch auf Distanz erzeugen. Wissenschaftlern des Instituts für Experimentalphysik der Universität Innsbruck ist erstmals der dafür notwendige Transfer von Verschränkungen, von den Physikern "Entanglement Swapping" genannt, an Atomen gelungen. Ihre Arbeit wurde in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift "Nature Physics" publiziert.
Das quantenphysikalische Phänomen der Verschränkung ist ein zentrales Element von Experimenten und Anwendungen wie der Quantenkryptographie und dem Quantencomputer.
Zwei durch Verschränkung verknüpfte Teilchen bleiben über beliebige Distanzen wie durch Zauberhand miteinander verbunden. Verschränkt man beispielsweise zwei Lichtteilchen und bestimmt die Polarisation [Schwingungsebene des Lichts] des einen Teilchens, kennt man augenblicklich auch den Zustand des anderen Teilchens.
Gezielte Übertragung
Schon bisher wurden Verschränkungen übertragen, allerdings geschah das nie gezielt, sondern mehr oder weniger zufällig, erklärte der Innsbrucker Experimentalphysiker Rainer Blatt. Dabei wurde einfach eine Serie von Teilchenpaaren erzeugt und nur jene verwendet, die auch tatsächlich verschränkt waren. Seinen Mitarbeitern Mark Riebe und Markus Hennrich ist es nun erstmals gelungen, diese Verschränkungsübertragung bei Atomen gezielt durchzuführen.
"Spukhafte Fernwirkung"
Die Innsbrucker Forscher verwendeten dazu vier in eine elektromagnetische Falle gesperrte Ionen. Zunächst verschränkten sie jeweils zwei Ionen miteinander.
Die beiden dadurch entstandenen Paare haben aber nichts miteinander zu tun. Dann wird an jeweils einem Ion der beiden Paare eine bestimmte Messung ["Bell-Messung"] durchgeführt. Die beiden gemessenen Ionen werden dadurch rückwirkend miteinander verschränkt - und durch die Messung gleichzeitig unbrauchbar.
In gleichen Augenblick sind aber auch die beiden anderen Ionen, an denen nicht manipuliert wurde, verschränkt. Die "spukhafte Fernwirkung" wurde auf zwei Teilchen übertragen, die keine gemeinsame Vergangenheit haben.
Anwendung in Quantencomputern
Was vorerst als diffiziles wissenschaftliches Experiment erscheint, hat handfeste Anwendungsmöglichkeiten. Beispielsweise in Quantencomputern, wo die Verschränkung verwendet werden soll, um effizienter zu rechnen als mit herkömmlichen Computern.
Mit der Übertragung lässt sich die Verschränkung von zwei Teilchen mit hoher Qualität auch auf Distanz erzeugen. Das wird notwendig sein, wenn die verschiedenen Bauteile eines Quantencomputers auf Mikrochips aufgebaut und Teilchen zwischen Rechen-, Speicher- und Übertragungselementen verschoben werden.
"Das funktioniert allerdings nur dann effizient, wenn die einzelnen Ionen als Träger der Information [Qubits] auch ganz gezielt miteinander verschränkt und getrennt werden können", so Blatt. Auf dem Weg zur Realisierung eines Quantencomputer sei das "einer von vielen wichtigen Schritten".
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(APA)