Quanten-Teleportation: Österreichischen Forschern gelingt Durchbruch

Österreichischen Forschern ist ein wichtiger Schritt bei der Kommunikation in der Quantenwelt gelungen. Sie haben 2 bisher inkompatible Bereiche verknüpft und erstmals optische und Mikrowellenphotonen verschränkt. Das ist die Voraussetzung für die Übertragung von Quanteninformationen mittels Teleportation und könnte Grundlage für ein Quantennetzwerk werden.

„Der Vorteil von Mikrowellenphotonen ist, dass sie kompatibel mit supraleitenden Schaltkreisen sind, die in Gigaherz-Frequenzen wie das Mobiltelefon arbeiten. Die können direkt miteinander sprechen“, erklärte Johannes Fink vom Institute of Science and Technology Austria (ISTA) in Klosterneuburg (NÖ) gegenüber der APA. Im Gegensatz zum Mobiltelefon muss im Quantenbereich über einzelne optische Photonen kommuniziert werden. Diese haben aber etwa 20.000 Mal mehr Energie als Mikrowellenphotonen und würden deren Quanteneigenschaften zerstören. „Im Prinzip sind die 2 Welten inkompatibel“, so Fink. Deshalb brauche es ein Äquivalent zu einem Glasfasermodem.

➤ Mehr lesen: Wiener Physikern gelingt bahnbrechendes Quanten-Experiment

Verschränkung

Dazu ist es notwendig, die Mikrowellenphotonen mit den optischen Photonen interagieren zu lassen und sie zu verschränken. Bei der Verschränkung, einem Phänomen der Quantenphysik, bleiben die Teilchen über beliebige Distanzen miteinander verbunden. In der aktuellen Studie, die kürzlich im Fachjournal „Science“ veröffentlicht wurde, gelang es gemeinsam mit Kollegen von der Technischen Universität (TU) Wien und der TU München mithilfe einer besonderen elektrooptischen Vorrichtung nun erstmals ein optisches Photon in ein Paar neuer verschränkter Photonen aufzuspalten: ein optisches Photon mit nur etwas weniger Energie als das ursprüngliche Photon und ein Mikrowellenphoton mit viel geringerer Energie, das mit elektrischen Schaltkreisen kompatibel ist.

➤ Mehr lesen: Wie funktioniert ein Quantencomputer?

Quantenmechanische Verbindung

„Wir sind die ersten, die Photonen mit so unterschiedlichen Energieskalen verschränken konnten“, so Fink. Der verschränkte Quantenzustand ist die Voraussetzung, um beispielsweise über Teleportation eine Verbindung herzustellen und in weiterer Folge supraleitende Quantencomputer bei Raumtemperatur zusammenzuschalten. „Der nächste Schritt wäre, dass wir dieses Mikrowellenphoton direkt mit einem supraleitenden Qubit (die grundlegende Recheneinheit eines Quantencomputers; Anm.) interagieren lassen und dann den Zustand des Qubit auf das optische Photon teleportieren. Wir stellen damit erstmals eine quantenmechanische Verbindung zwischen diesen zwei Frequenzbereichen her“, sagte Fink.