Kvante-hukommelse til fremtidens kommunikationsnetværk – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Nyheder > Nyheder 2010 > Kvante-hukommelse til ...

07. november 2010

Kvante-hukommelse til fremtidens kommunikationsnetværk

Det er lykkedes forskere fra Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet at gennemføre lagring af kvante-information med to 'sammenfiltrede' lysstråler. Kvantehukommelse eller informations-lagring er et nødvendigt element i fremtidens kvante-kommunikationsnetværk. De nye resultater er offentliggjort i Nature Physics.

På billedet ses forsøgsopstillingen for et kvanteinformations
eksperiment. Bordet er fyldt med optiske elementer såsom
spejle, linser og bølgeplader, som benyttes til at guide og
manipule infrarødt lys. Indeni hver af de to metal-cylindre er
der en glascelle med cæsium atomer. De to cylindre er
magnetiske skjolde, som beskytter atomerne mod magnet-
felter. I øverste højre hjørne ses et par detektorer, som
benyttes til at lave målinger på det infrarøde lys.

Kvante-netværk vil være i stand til at beskytte sikkerheden af oplysninger bedre end de nuværende klassiske kommunikations-netværk. Hjørnestenen i kvante-kommunikation er et fænomen, der kaldes sammenfiltring (eng. entanglement) mellem to kvante-systemer, f.eks. to lysstråler. Sammenfiltringen betyder, at de to lysstråler er i forbindelse med hinanden, således at de har veldefinerede fælles egenskaber, en slags fælles viden. En kvante-tilstand kan - ifølge kvantemekanikkens love, ikke kopieres og kan derfor benyttes til måde at overføre data på en sikker måde.

I professor Eugene Polziks forskningsgruppe Quantop på Niels Bohr Institutet har forskerne nu været i stand til at lagre de to sammenfiltrede lysstråler i to kvantehukommelser.

Forskningen foregår i et laboratorium, hvor der på et stort bord er opstillet en skov af spejle og optiske elementer som bølgeplader, beam-splittere, linser osv., der sender lyset rundt på en mere end 10 meter lang labyrintisk rejse. Med de optiske elementer styrer forskerne lyset og regulerer størrelsen og intensiteten for at få lige præcis den bølgelængde og polarisation, som lyset skal have til eksperimentet.

De to sammenfiltrede lysstråler bliver skabt ved at sende én blå lysstråle ind gennem en krystal, hvor den blå lysstråle bliver splittet op i to røde lysstråler. De to røde lysstråler er sammenfiltrede, så de har en fælles kvante-tilstand. Selve kvantetilstanden er en information.  

Illustrationen viser de to kvantehukommelser.
Hver hukommelse består af en glascelle fyldt med
cæsium atomer, som er vist som små blå og røde
kugler. Lysstrålen bliver sendt igennem atomerne
og kvante-informationen bliver dermed overført fra
lyset til atomerne.

Pålidelig hukommelse

De to lysstråler sendes videre gennem labyrinten af spejle og optiske elementer og når hen til de to hukommelser, som i eksperimenter er to glasbeholdere fyldt med en gas af cæsium-atomer.

Atomernes kvantetilstand indeholder information i form af et såkaldt spin, som kan være 'op' eller ''ned'. Det kan sammenlignes med computer-informationer, som består af 0- eller 1-taller.

Når lysstrålerne passerer atomerne, overføres kvantetilstanden fra de to lysstråler til de to hukommelser. Informationen er således blevet lagret som den nye kvantetilstand i atomerne.

"For første gang er en sådan hukommelse blevet demonstreret med meget stor grad af pålidelighed. Den er i realiteten så god, at den er umulig at opnå med en klassisk hukommelse for lys, der f.eks. bruges i internet-kommunikation. Dette resultat gør, at kvante-netværk er et skridt tættere på virkeligheden", udtaler professor Eugene Polzik.

Den eksperimentelle forskningsgruppe på Quantop inkluderer ph.d.-studerende Kasper Jensen, Hanna Krauter og Bo Melholt Nielsen. Den teoretiske forskningsgruppe er professor Michael Wolf, Niels Bohr Institutet samt Martin Pleino og team på University of Ulm.

Artikel i Nature Physics >>