(DrPixel/Getty Images) Die Speicherung und Übertragung von Informationen ist ein grundlegender Bestandteil jedes Computersystems Quanten-Computing Systeme sind nicht anders – wenn wir von der Geschwindigkeit und Sicherheit von profitieren wollen Quantencomputer und ein Quanteninternet, dann müssen wir herausfinden, wie wir Quantendaten verschieben können.
Eine Möglichkeit, wie Wissenschaftler dies angehen, ist die Optik Quantengedächtnis oder die Verwendung von Licht zum Speichern von Daten als Karten von Teilchenzuständen, und eine neue Studie berichtet über das, was Forscher als Meilenstein auf diesem Gebiet bezeichnen: die erfolgreiche Speicherung und Übertragung von Licht mithilfe von Quantenspeichern.
Den Forschern gelang es nicht, das Licht sehr weit zu übertragen – nur 1,2 Millimeter oder 0,05 Zoll –, aber der hier beschriebene Prozess könnte die Grundlage für die quantenbetriebenen Computer und Kommunikationssysteme der Zukunft bilden.
Um dieses Kunststück zu erreichen, nutzten die Wissenschaftler ultrakalte Rubidium-87-Atome als Speichermedium für das Licht, das ein hohes Maß an Effizienz und Lebensdauer bietet – etwas, das Quantenphysiker immer wieder zu maximieren versuchen.
Das Lichtteilchen selbst wird effektiv in die Anregungszustände der Elektronen des Atoms abgebildet. Dadurch entsteht eine Elektron-Photonen-Partnerschaft namens Polariton, die es ermöglicht, Licht im Elektronenbrummen eines Atoms zu speichern. Anschließend wurden die Atome mit ihrer Lichtladung über ein optisches Förderband von einem Ort zum anderen transportiert.
„Wir haben das Licht gespeichert, indem wir es sozusagen in einen Koffer gesteckt haben, nur dass der Koffer in unserem Fall aus einer Wolke kalter Atome bestand.“ sagt der Physiker Patrick Windpassinger von der Universität Mainz in Deutschland. „Wir haben diesen Koffer ein kurzes Stück bewegt und dann das Licht wieder ausgeschaltet.“
„Das ist nicht nur für die Physik im Allgemeinen, sondern auch für die Quantenkommunikation sehr interessant, denn Licht lässt sich nicht so einfach ‚einfangen‘, und wenn man es kontrolliert woanders hin transportieren will, geht es meist verloren.“
Der Aufbau, den Windpassinger und seine Kollegen hier entwickelt haben, bedeutet, dass das Licht ohne große Auswirkungen auf seine Eigenschaften transportiert werden kann – was ziemlich wichtig ist, wenn man Informationen von einem Punkt zum anderen transportieren möchte.
Diese Arbeit baut auf einer ähnlichen Technik auf, die als bekannt ist elektromagnetisch induzierte Transparenz oder EIT, bei dem Atome als Speicher zum Einfangen und Kartieren von Lichtimpulsen verwendet werden können. Da der Prozess reversibel ist, können diese Lichtimpulse in Zukunft wieder abgerufen werden.
Neu daran ist, dass EIT dazu geeignet ist, Licht über eine Distanz zu verschieben, die größer ist als die Größe des Speichermediums selbst. Licht wird nicht nur in einen Koffer gepackt und dann wieder herausgeholt, sondern auch bewegt – das ist nicht einfach, ohne dass es zu einem Temperaturanstieg oder einer Verschiebung im Inneren des Koffers kommt.
Wie bei einer solchen Innovation zu erwarten ist, ist es noch ein langer Weg, bis sie praktikabel wird, und die Forscher wollen nun versuchen, die Speicherkapazität ihres Systems und die zurücklegbare Distanz zu erhöhen.
Einer der Forschungsbereiche, in denen der Ansatz nützlich sein könnte, ist die Entwicklung Rennstreckengedächtnis , eine experimentelle Art der Datenspeicherung, die große Verbesserungen der Geschwindigkeit und Leistung der Geräte, die wir heute haben, verspricht. Die Fähigkeit, Licht zu speichern und zu verschieben, könnte ausreichen, um einige der Entwicklungsprobleme zu lösen, mit denen Rennstreckenspeicher bisher konfrontiert waren.
„Durch die zukünftige Erweiterung des experimentellen Protokolls rückt ein Rennstreckenspeicher für Licht mit unterschiedlichen Lese- und Schreibabschnitten in greifbare Nähe“, schreiben die Forscher in ihrem Papier .
Die Forschung wurde veröffentlicht in Briefe zur körperlichen Untersuchung .