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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Bessere Fernübertragung von Quanteninformation |
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| | | Die Übertragung von Quanteninformation bis zu 100 Kilometer Distanz funktioniert schon recht gut. Dass auch größere Distanzen ohne Probleme überwunden werden können, hat nun ein Physikerteam gezeigt. |
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Mittels eines sogenannten "Quantenrepeater", eines Quantenumsetzers oder -wiederholers, werden dabei zwei Quantenkommunikationsstrecken zusammengebunden.
Dadurch kann die Abschwächung des Lichtsignals in den Glasfaserkabeln überwunden werden, einfache Verstärker würden die Quanteninformation zerstören, erklärte Jörg Schmiedmayer vom Atominstitut der Österreichischen Universitäten. Er hat mit Jian-Wei Pan von der Universität Heidelberg (Deutschland) und anderen Physikern die Technologie verwirklicht.
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Die entsprechende Studie "Experimental demonstration of a BDCZ quantum repeater node" ist am 28.8. in "Nature" (Bd. 454, S. 1098) erschienen. |
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 Abstract der Studie |
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Keine gewöhnlichen Verstärker möglich |
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Dass sich das Signal - beispielsweise ein Schlüssel für eine mit Hilfe der Quantenkryptographie verschlüsselte Nachricht - bei der Übertragung abschwächt, hat ganz banale Gründe.
"Die optischen Fasern, durch welche die Photonen geschickt werden, sind zwar sehr gut, aber eben nicht perfekt", so der Wissenschaftler. Dadurch wird nach etwa 30 bis 50 Kilometer eine Auffrischung des Signals nötig.
Bei der normalen Übertragung von Information, also ohne Quanteneffekte, wird das Licht einfach über Verstärker geschickt. Für die Quantenwelt ist das nicht möglich.
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Quantentricks zur Überwindung größerer Distanzen |
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Die Verstärkung würde die Information (qubits) in den einzelnen Photonen ebenso zerstören, wie ein Abhörversuch. Dieser Effekt ist auch der Grund, warum die Physiker versichern, dass Quantenkryptographie, also die Verschlüsselung über Quanteneffekte, absolut sicher ist.
Um eine Übertragung über große Distanzen dennoch zu ermöglichen, müssen die Wissenschaftler zu Tricks greifen, die ebenso auf Quanteneffekten beruhen.
Das Team griff dabei auf ein Modell zurück, das von den Theoretikern Hans Briegel, Wolfgang Dür, Ignacio Cirac und Peter Zoller in Innsbruck schon vor einigen Jahren vorgeschlagen wurde (Phys. Rev. Lett. 81, S. 5932).
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Das BDCZ-Protokoll
Die vier Forscher sind in die Geschichte der Physik eingegangen, ihre Methode firmiert seither unter dem Titel BDCZ-Protokoll (Anfangsbuchstaben der Vornamen). Die Grundidee dabei ist, den Kommunikationskanal in mehrere kurze Segmente zu unterteilen. Die Verschränkung wird zuerst in hoher Qualität in den kurzen Segmenten aufgebaut. Anschließend werden diese durch einen so genannten Verschränkungstausch verbunden. Die benötigten Ressourcen dieses Protokolls wachsen deutlich langsamer mit zunehmender Kommunikationsdistanz als bei früheren Protokollen und sind damit praktisch umsetzbar. |
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Neue Methode weniger störanfällig |
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In dem in der neuen Ausgabe der Fachzeitschrift "Nature" veröffentlichten Experiment wurde nun das erste Mal gezeigt, dass ein solcher Quantenrepeaterprozess über eine Glasfaserstrecke Verschränkung erzeugen und diese auch wieder weiter verwendet werden kann.
Das in dem Experiment demonstrierte neue Konzept zur Informationsauffrischung ist laut Schmiedmayer bisherigen Ansätzen deshalb überlegen, weil es viel weniger von äußeren Einflüssen gestört werden kann. So etwa spielt eine Veränderung der Länge des Glasfaserkabels keine Rolle.
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Quantenspeicher und Verschränkung noch zu verbessern |
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In früheren Versuchen musste die Übertragungsstrecke bis auf einen Bruchteil von Mikrometern über lange Zeit konstant bleiben, schon geringe Temperaturschwankungen brachten die Distanzen durcheinander.
Die Autoren gehen davon aus, dass die experimentell demonstrierten Elemente zu einem Quantennetzwerk erweitert werden können. Für eine robuste Anwendung müssen aber Qualität des Quantenspeichers und Atom-Photon-Verschränkung noch signifikant verbessert werden.
[science.ORF.at/APA, 29.8.08]
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Mehr zu dem Thema in science.ORF.at:
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01.01.2010 |
