Ionen über Distanz verschränkt
In Innsbruck glückt die Verschränkung zweier gefangener Ionen über 230 Meter Luftlinie Entfernung.
Gefangene Ionen sind eines der interessantesten Systeme für den Bau von Quantencomputern und anderen Quantentechnologien. Um mehrere solcher Quantensysteme miteinander zu verbinden, braucht es Schnittstellen, über die die Quanteninformation übertragen werden kann. Dazu haben Forscher um Tracy Northup und Ben Lanyon am Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck in den letzten Jahren ein Verfahren entwickelt, bei dem die Atome in optischen Resonatoren gefangen werden, so dass die Quanteninformation effizient auf Lichtteilchen übertragen werden kann. Die Lichtteilchen können dann durch Lichtleiter geschickt werden, um Atome an verschiedenen Orten miteinander zu verbinden. Nun haben deren Forschungsgruppen, gemeinsam mit Theoretikern um Nicolas Sangouard von der Université Paris-Saclay, erstmals zwei Ionen über eine Distanz von 230 Metern Luftlinie miteinander verschränkt. Gefangene Ionen wurden bisher nur über kurze Distanz von wenigen Metern im Labor miteinander verschränkt.
Die beiden Quantensysteme waren in zwei Laboren aufgebaut, eines im Gebäude des Instituts für Experimentalphysik und eines am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. „Bisher wurden gefangene Ionen nur im gleichen Labor über wenige Meter miteinander verschränkt. Dies wurde auch mit gemeinsamen Kontrollsystemen und Photonen realisiert, die auf Grund ihrer Wellenlänge nicht dafür geeignet sind, größere Entfernungen zurückzulegen“, erklärt Ben Lanyon.
Nach Jahren der Forschung und Entwicklung haben die Innsbrucker Physiker es nun geschafft, zwei Ionen über den Campus hinweg miteinander zu verschränken. „Wir haben dazu einzelne mit den Ionen verschränkte Photonen über einen 500 Meter langen Lichtleiter geschickt und miteinander überlagert. Dies überträgt die Verschränkung auf die beiden Ionen“, schildert Tracy Northup das Experiment. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass gefangene Ionen eine vielversprechende Plattform für die Realisierung zukünftiger großflächiger Netzwerke von Quantencomputern, Quantensensoren und Atomuhren sind.“
Die Teams von Ben Lanyon und Tracy Northup sind Teil der Quantum Internet Alliance, einer internationalen Projekts im Rahmen des Quantum Flagship der Europäischen Union. Finanziell unterstützt wurden die Forschungen unter anderem durch den österreichischen Wissenschaftsfonds FWF und die Europäische Union.
U. Innsbruck / DE
Weitere Infos
- Originalveröffentlichung
V. Krutyanskiy et al.: Entanglement of trapped-ion qubits separated by 230 meters, Phys. Rev. Lett. 130, 050803 (2023); DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.050803 - Quantum Interfaces Group (T. Northup), Universität Innsbruck
- Quantum Optics and Spectroscopy (B. Lanyon), Universität Innsbruck
