Quantencomputer

Forscher übertragen Info von Photonen auf Atome

(Bild: Technische Universität Wien)

Physikern des Atominstituts der Österreichischen Universitäten um Jörg Schmiedmayer ist es erstmals gelungen, Quanteninformation von Lichtteilchen (Photonen) auf Atome und wieder zurück auf Photonen zu teleportieren. „Ein wichtiger Schritt in Richtung Quantencomputer“, kommentierte Schmiedmayer das in der jüngsten Online-Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift „Nature Physics“ veröffentliche Experiment.

Seit Jahren tüfteln Wissenschafter an der Verwirklichung von Quantencomputern. Diese Rechner sollen anstatt Transistoren und Halbleitern die Phänomene der Quantenmechanik nutzen, um Berechnungen anzustellen. Durch die Verwendung von Quanten-Bits - sogenannten Qubits - anstatt Einser und Nullen im herkömmlichen Computer vergrößert sich gleichsam der Rechenraum. Es können viele Rechenprozesse parallel ablaufen und Rechnungen durchgeführt werden, die mit herkömmlichen Computern nicht machbar sind, versprechen die Physiker.

Informationsübertragung auf Atome
Bei allen Besonderheiten, auch ein Quantencomputer wird Speichermöglichkeiten brauchen. Masselose Photonen eignen sich zwar ausgezeichnet zur Informationsübertragung, sind aber sehr flüchtig und kurzlebig. Physiker versuchen daher seit längerem, die in den Lichtteilchen vorhandene Information auf handfestere Quanten, etwa Atome, zu übertragen. 2006 ist das unter der Mitwirkung von Klemens Hammerer vom Innsbrucker Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) gelungen.

Schmiedmayer ist mit seinem Experiment jetzt noch einen wichtigen Schritt weiter gegangen. Er übertrug zuerst den Quantenzustand eines Lichtteilchens - im Detail die Schwingungsebene oder Polarisation - auf eine Wolke von ultrakalten Rubidium-Atomen. Das Rubidium war im Experiment imstande, die Information für acht Mikrosekunden (eine Mikrosekunde ist der millionste Teil einer Sekunde) zu speichern.

Information konnte ausgelesen werden
Anschließend gelang es, die Information wieder auf ein Photon zu übertragen - in der Computersprache: „sie konnte ausgelesen werden“. Dieses Photon wäre für weitere Operationen zur Verfügung gestanden. Die Speicherung der Information für acht Mikrosekunden mutet zwar extrem kurz an, Schmiedmayer ist allerdings zuversichtlich diesen Zeitraum „in den Sekundenbereich“ ausdehnen zu können. Die acht Mikrosekunden seien im Design des Experiments begründet gewesen und kein Naturgesetz.

Symbolbild