Ver?ffentlichung in Nature Partner-Journal ?Quantum Information“
Prof. Dr. Klaus J?ns, Physiker an der Universit?t Paderborn, ist es zusammen mit einem internationalen Forscherteam gelungen, die sogenannte Quantenteleportation mithilfe ?unvollkommener Quantenpunkte“, also künstlicher Materialstrukturen, zu realisieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die strengen Anforderungen an ideale Photonenquellen gelockert werden k?nnen und legen nahe, dass solche Quantenpunkte künftig eine wichtige Rolle bei Anwendungen der Quantenkommunikation spielen werden. Die Studie wurde jetzt in der Fachzeitschrift ?Quantum Information“ ver?ffentlicht, einem Journal der Nature-Reihe.
?Bei der Quantenteleportation wird der Zustand eines Photons, also eines kleinen Lichtteilchens, auf ein anderes übertragen. Sender und Empf?nger werden dabei – einfach ausgedrückt – miteinander verschr?nkt. Dafür bedarf es bestimmter Quellen, die ununterscheidbare Photonen produzieren. Idealerweise verwendet man deterministische Photonenquellen. In der Regel kommen dabei Quantenpunkte aus einem Halbleitermaterial zum Einsatz“, erkl?rt J?ns.
Bislang haben Unzul?nglichkeiten dieser Materialen eine reibungslose Anwendung im Rahmen der Quantenteleportation allerdings behindert. Anstatt sich auf die Herstellung optimaler Materialen zu konzentrieren, haben die Wissenschaftler nun mit unvollkommenen Quantenpunkten gearbeitet. Ziel war es, trotz dieses Umstands Teleportationen mit maximaler Zuverl?ssigkeit zu identifizieren. Dazu J?ns: ?Wir konnten zeigen, dass die durchschnittliche Teleportationsgüte von unterhalb des klassischen Limits durch raffinierte Messmethoden auf 84,2 Prozent angehoben werden kann. Das bedeutet, dass unsere Erfolgsquote der Teleportationsmessung nicht mehr mit der klassischen Physik erkl?rt werden kann, sondern auf dem quantenmechanischen Effekt der Verschr?nkung basiert.“
?Um die Relevanz unseres Ansatzes zu verdeutlichen, haben wir einen Quantenpunkt verwendet, dessen Leistungswerte unter dem Durchschnittswert liegen“, sagt der Physiker. ?Unsere Arbeit zeigt also, dass die Suche nach dem perfekten Material vermieden werden kann und dass die Qualit?t der Photonenquellen nicht weit von den strengeren Anforderungen an sichere Quantenkommunikationsanwendungen entfernt ist“, so J?ns weiter.
Verwendet haben die Wissenschaftler Quantenpunkte aus Galliumarsenid, die an der Johannes Kepler Universit?t Linz entwickelt wurden. Der Werkstoff hat den Vorteil, hoch verschr?nkte Zust?nde erzeugen zu k?nnen. Durch spektrale Filterung haben sie weitere Optimierungen erzielt: ?Die Ununterscheidbarkeit der Photonen kann durch spektrale Nachselektion verbessert werden. Der Einsatz eines Etalonfilters hatte deutlichen Einfluss auf das Wellenpaket der emittierten Photonen“, erkl?rt J?ns.
?Die Entwicklungen im Bereich der Quantentechnologien – vor allem die Quantenkommunikation über lange Entfernungen – sind mit zus?tzlichen technischen Herausforderungen verbunden, sodass der Umgang mit Quellenimperfektionen einen entscheidenden Beitrag dazu leisten kann, die n?chsten Meilensteine zu erreichen“, lautet J?ns Einsch?tzung.
Die Studie wurde in Kooperation mit der Johannes Kepler Universit?t Linz und der Sapienza Universit?t in Rom durchgeführt.
Link zur Studie: https://www.nature.com/articles/s41534-020-00356-0
Nina Reckendorf, Stabsstelle Presse, Kommunikation und Marketing
