Wissenschaftler der Universität Oxford haben eine Methode entwickelt, um den kürzesten Einzelphotonenpuls aller Zeiten zu erzeugen, indem die Interferenz der Quantenverschränkung beseitigt wird. Wie groß sind diese winzigen Rekordbrecher? Sie sind 20 Mikrometer lang (oder 0,00002 Meter) mit einer Periode von 65 Femtosekunden (65 Millionstel einer Milliardstel Sekunde). Dieses Experiment bricht den bisherigen Rekord für den kürzesten Einzelphotonenpuls; das Oxford-Photon ist 50-mal kürzer. Das klingt zwar ziemlich cool, aber worum geht es bei all der Aufregung? Wie können diese winzigen elektromagnetischen Wellenteilchen von Nutzen sein? In zwei Worten:Quanten-Computing. Und in weiteren drei Worten:Quantensatellitenkommunikation...
Quantenverschränkung ist eine schwierige Situation, die man in Worte fassen kann. Kurz gesagt: Wird ein Photon von einer Materialart absorbiert, können zwei Photonen wieder emittiert werden. Diese beiden Photonen haben eine niedrigere Energie als das ursprüngliche Photon, aber sie werden von derselben Quelle emittiert und daherverstrickt. Dieses verschlungene Paar ist untrennbar verbunden; unabhängig von der Entfernung, in der sie getrennt sind. Sollte sich der Quantenzustand des einen ändern, erfährt der andere diese Änderung. Theoretisch wird die Quantenänderung eines Photons dem anderen mitgeteilt, egal wie weit diese Photonen voneinander entfernt sindsofort. Einstein nannte dieses Quantenphänomen „gruselige Aktion aus der Ferne“ und hielt es nicht für möglich, aber das Experiment hat das Gegenteil bewiesen.
Also, in a aktuelle Veröffentlichung , die Oxford-Gruppe versucht, den verschränkten Zustand von Photonen zu beseitigen, geht es in diesem Experiment nicht darum, diese „gruselige Aktion“ zu nutzen, sondern sie loszuwerden. Dies dient dazu, die Interferenz zu beseitigen, die verursacht wird, wenn eines der Photonenpaare erkannt wird. Sobald einer der Zwillinge entdeckt wird, ändert sich der Quantenzustand des anderen, wodurch das Signal verunreinigt wird. Wenn dieser Effekt beseitigt werden kann, können sehr kurzperiodische „reine“ Photonen erzeugt werden, die eine neue Phase des Quantencomputings einläuten. Wenn Wissenschaftler über sehr bestimmte, identische einzelne Photonen verfügen, können hochgenaue Informationen übertragen werden, ohne dass die skurrile Natur der Quantenphysik gestört wird.
'Unsere Technik minimiert die Auswirkungen dieser Verschränkung und ermöglicht es uns, einzelne Photonen herzustellen, die extrem konsistent sind und unseres Wissens die kürzeste Dauer aller jemals erzeugten Photonen aufweisen. Dies ist nicht nur ein faszinierender Einblick in die grundlegende Physik, sondern das präzise Timing und die konsistenten Eigenschaften dieser Photonen machen sie auch perfekt für den Bau photonischer Quantenlogikgatter und die Durchführung von Experimenten, die eine große Anzahl einzelner Photonen erfordern.“ – Peter Mosley, Co-Ermittler, Universität Oxford.
Der Blog der Oxford University, der über diese Nachricht berichtet, unterstreicht, wie nützlich diese reglementierten Photonen für das Quantencomputing sein werden. Quantenkommunikation im Weltraum könnte auch ein großer Wohltäter sein. Stellen Sie sich vor, Sie senden Impulse von quantenidentischen Photonen durch den Weltraum, zunächst zu Satelliten, später durch den interplanetaren Raum. Weltraumwissenschaftler werden über eine äußerst leistungsfähige Ressource verfügen, damit Daten durch das Vakuum gesendet werden können, verschlüsselt in einer kleinen Anzahl von Photonen, die für alles außer ihrem Ziel unentzifferbar sind…
