Licht soll Quantenrechner antreiben – Quantenlogik mit Photonen

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Das Quantengatter arbeitet deterministisch

"Zu einem universellen Quantengatter wird unser System aber erst, weil das zweite Photon auch Information auf das erste Photon übertragen kann", sagt Bastian Hacker, der die Experimente im Rahmen seiner Doktorarbeit vorgenommen hat.

Zu diesem Zweck speichern die Wissenschaftler die beiden Photonen zunächst in einer gut einen Kilometer langen Glasfaser, nachdem die Lichtteilchen am Resonator reflektiert wurden. Währenddessen führen sie eine Messung am Atom durch, die aufgrund der verblüffenden Eigenschaften der Quantenmechanik auch den Polarisationszustand beider Photonen beeinflussen kann.

Wie bei einem klassischen Bit gibt es nur zwei mögliche Messergebnisse. Sie zeigen den Forschern zuverlässig an, mit welcher Drehung der Polarisation des ersten Photons sie die Gatteroperation beenden können.

"Unser Quantengatter arbeitet deterministisch", sagt Stephan Ritter. Das heißt, die Wissenschaftler können abhängig von der ursprünglichen Polarisation der eingespeisten Photonen zuverlässig vorhersagen, welche Veränderungen die Lichtteilchen in dem Quantengatter erfahren müssten.

Außerdem führt das Gatter diese Operationen an allen Photonen aus, die auf den Resonator mit dem eingeschlossenen Atom treffen – zumindest dem Prinzip nach. In der Praxis schmälern unvermeidliche technische Unzulänglichkeiten sowohl die Ausbeute des Quantengatters als auch die Präzision seiner Operationen.

Die Forscher haben jedoch schon Ideen, wie sie die beiden Merkmale des Quantengatters verbessern können: etwa indem sie verlustärmere Spiegel oder einen Speicher für die Photonen verwenden, der effizienter ist als eine Glasfaser. Bei anderen Quantengattern zwischen Photonen, mit denen Physiker bereits experimentiert haben, liegen die Fehler dagegen im System, weil bei ihnen stets der Zufall mitmischt.

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