© ist Austria/ Philip Krantz, Krantz NanoArt

Science
06/26/2019

Physiker entwickeln potenzielle Quantencomputer-Schnittstelle

Ein Forscherteam am Institute of Science and Technology (IST) Austria hat erstmals einem Siliziumbalken quantenphysikalisch verschränkte Strahlung entlockt.

Von dem schwingenden, 30 Mikrometer kleinen Siliziumplättchen erhoffen sich die Forscher neue Wege, um zukünftig Informationen zwischen Quantencomputern zu übertragen. Ihre Arbeit erschien im Fachjournal „Nature“.

Über das quantenphysikalische Phänomen der Verschränkung staunte schon Albert Einstein eher ungläubig, der angesichts der seltsamen Verbindung von „spukhafter Fernwirkung“ sprach. Mittlerweile wird der Effekt, bei dem sich Veränderungen an einem Teilchen unmittelbar und über beliebige Distanzen hinweg auch am Partnerteilchen vollziehen, auch in technologischen Anwendungen gezielt genutzt. So etwa in der Quantenkryptografie, die abhörsichere Informationsübertragung erlaubt.

In der Forschungsgruppe von Johannes Fink beschäftigt sich der Erstautor der Studie, Shabir Barzanjeh, als Postdoc näher mit dem Phänomen verschränkter Mikrowellenstrahlung. „Stellen Sie sich eine Box mit zwei Ausgängen vor. Sind die Ausgänge verschränkt, kann man die Strahlung, die aus dem einem austritt, durch Beobachten des anderen charakterisieren“, so der Wissenschafter.

Siliziumplättchen

Um verschränkte Strahlung zu erzeugen verwendete das Team nun erstmals erfolgreich ein mechanisches Objekt. Obwohl nur 30 Mikrometer klein, ist der Siliziumbalken in den Maßstäben der Welt der Quantenphysik, deren eigenwillige Abläufe sich in der Regel erst im Allerkleinsten entfalten, sehr groß. Barzanjeh: „Die Frage, die wir uns gestellt haben, war: Kann man mit einem so großen System verschränkte Strahlung erzeugen? Jetzt wissen wir, die Antwort lautet: Ja.“

Dass das mit sogenannten mechanischen Oszillatoren funktioniert, lässt die Wissenschafter auch über weitreichende Anwendungen nachdenken. Neben grundsätzlichen Schwierigkeiten, einen Quantencomputer zu bauen, mit dem größere Rechenoperationen abgewickelt werden können, stelle sich nämlich auch die Frage, wie man die gegenüber äußeren Einflüssen möglichst abgeschirmten Systeme zukünftig miteinander verbindet.

„Prototyp für Schnittstelle“

„Was wir gebaut haben, ist ein Prototyp für eine Quantenschnittstelle“, also einen möglichen Überträger von Daten aus den empfindlichen Rechnern und klassischen optischen Glasfaserleitungen. „Der Oszillator, den wir gebaut haben, hat uns einem Quanten-Internet einen Schritt näher gebracht“, so Barzanjeh.