Forscher verschränken Ionen über eine 230°-Achse

Sep 24, 2023

2. Februar 2023

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von der Universität Innsbruck

Eingefangene Ionen wurden bisher nur in ein und demselben Labor verwickelt. Nun haben Teams um Tracy Northup und Ben Lanyon von der Universität Innsbruck zwei Ionen über eine Distanz von 230 Metern miteinander verschränkt.

Die Knoten dieses Netzwerks waren in zwei Laboren auf dem Campus Technik westlich von Innsbruck, Österreich, untergebracht. Das Experiment zeigt, dass gefangene Ionen eine vielversprechende Plattform für zukünftige Quantennetzwerke sind, die Städte und schließlich Kontinente umspannen.

Eingefangene Ionen sind eines der führenden Systeme zum Bau von Quantencomputern und anderen Quantentechnologien. Um mehrere solcher Quantensysteme zu verknüpfen, werden Schnittstellen benötigt, über die die Quanteninformation übertragen werden kann.

In den letzten Jahren haben Forscher um Northup und Lanyon am Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck eine Methode dafür entwickelt, indem sie Atome in optischen Hohlräumen einfangen, sodass Quanteninformationen effizient auf Lichtteilchen übertragen werden können. Die Lichtteilchen können dann durch optische Fasern geschickt werden, um Atome an verschiedenen Orten zu verbinden.

Jetzt ist es ihren Teams zusammen mit Theoretikern um Nicolas Sangouard von der Université Paris-Saclay erstmals gelungen, zwei gefangene Ionen zu verschränken, die mehr als ein paar Meter voneinander entfernt waren.

Die beiden Quantensysteme wurden in zwei Laboren aufgebaut, eines im Gebäude der Abteilung für Experimentalphysik und eines im Gebäude des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften.

„Bisher wurden eingefangene Ionen im selben Labor nur über wenige Meter hinweg miteinander verschränkt. Diese Ergebnisse wurden auch durch gemeinsame Kontrollsysteme und Photonen (Lichtteilchen) mit Wellenlängen erzielt, die für die Reise über viel größere Entfernungen nicht geeignet sind.“ " Lanyon erklärt.

Nach jahrelanger Forschung und Entwicklung ist es den Innsbrucker Physikern nun gelungen, zwei Ionen auf dem gesamten Campus zu verschränken. „Dazu schickten wir einzelne mit den Ionen verschränkte Photonen über ein 500 Meter langes Glasfaserkabel und überlagerten sie miteinander, wodurch die Verschränkung zu den beiden entfernten Ionen vertauscht wurde“, beschreibt Northup das Experiment. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass gefangene Ionen eine vielversprechende Plattform für die Realisierung zukünftiger verteilter Netzwerke von Quantencomputern, Quantensensoren und Atomuhren sind.“

Die Teams von Lanyon und Northup sind Teil der Quantum Internet Alliance, einem internationalen Projekt unter dem Quantum Flagship der Europäischen Union. Die neuesten Ergebnisse wurden in Physical Review Letters veröffentlicht.

Mehr Informationen: V. Krutyanskiy et al., Entanglement of Trapped-Ion Qubits Separated by 230 Meters, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.050803

Zeitschrifteninformationen:Briefe zur körperlichen Untersuchung

Zur Verfügung gestellt von der Universität Innsbruck