Vigtigt led på vejen til kvantekommunikation – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Nyheder > Nyheder 2010 > Vigtigt led på vejen t...

05. august 2010

Vigtigt led på vejen til kvantekommunikation

At kunne sende data sikkert fra en computer til anden uden at informationerne undervejs kan stjæles og aflæses, er perspektivet i fremtidens kvantekommunikation. Kvantekommunikations-netværk over store afstande er endnu kun på forskernes tegnebræt og i forsøgslaboratorier, men de er nu kommet et væsentligt skridt nærmere virkeliggørelsen. Et stort problem har været, at der har manglet en mellemstation til at lagre informationer fra lys. Det er nu for første gang lykkedes forskere fra Harvard University og Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet at forbinde informationen fra lys med et fast atom, der husker informationen, hvilket er et stort skridt hen imod at lave en mellemstation. Resultaterne er netop offentliggjort i det ansete videnskabelige tidsskrift, Nature.

Kvanteinformation sendes optisk, det vil sige med lys, og signalet består af fotoner, som er den mindste del (et kvant) af en lyspuls. Kvantekommunikation er baseret på lys og vil foregå med lyslederkabler. Men da det drejer sig om enkelte fotoner, går de nemt tabt undervejs. Løsningen er derfor at have en slags mellemstationer, der kan lagre informationen fra lyset og derefter sende den videre ved hjælp af en ny lysstråle.

En urenhed i en diamant belyses med en kraftig
laserstråle, hvorefter den udsender en enkelt foton.
Svingningen af den udsendte foton
er sammen-
filtret med spinnet af elektronerne i urenheden, og
denne sammenfiltring kan bruges til at sende
kvanteinformation over store afstande.
(Illustration: Yiwen Chu, Harvard University).

"Det er dén mellemstation, vi er kommet et væsentligt skridt nærmere ved at skabe et såkaldt entanglement, altså at forbinde informationen fra lys med et fast atom. Det er første gang nogensinde, det er lykkedes, og det er et vigtigt skridt på vejen til kvantekommunikation over lange afstande", fortæller Anders Søndberg Sørensen, der er kvantefysiker ved Quantop, center for kvanteoptik på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet. Anders Sørensen har været med til at lave teorien for, hvordan mellemstationen kan laves, og i samarbejder med forskere på Harvard University har de udført eksperimenterne, som har vist, at det virkelig kan fungere.

Kommunikation via lys

Hidtil har man arbejdet med gasatomer til at lave mellemstationen. En laserlysstråle sendes ind i en vakuum-beholder med et enkelt gasatom. Atomet reagerer ved at udsende en enkelt foton, og et særligt fænomen i kvanteverdenen gør, at fotonen er blevet sammenfiltret (entangled) med atomet. Den sammenfiltring eller synkronisering, der er skabt, kan bruges til at sende information. Kvanteinformationen ligger i lysets polarisering, der kan svinge højre- eller venstredrejet. Det kan sammenlignes med den gængse computerverdens opbygning af bits bestående af 0 og 1-taller. Men en kvante-bit kan ikke stjæles uden at det bliver opdaget, da den kun indeholder en foton. Så kvanteinformation er indbrudssikker.

Netværk over lange afstande

"Men et gasatom svæver frit, og det er besværligt at fastholde det, så man kan ramme det", forklarer Anders Sørensen, "så derfor ville vi finde en løsning med et fast atom, som vi vidste præcist, hvor befandt sig. Vores løsning blev en diamant – ikke selve diamanten, som består af kulstofatomer, men bittesmå urenheder i diamanten, som består af et enkelt kvælstof-atom".

Forskningsresultaterne kan blive epokegørende for at skabe et netværk til kvantekommunikation. Anders Sørensen skønner, at der vil skulle installeres en sådan mellemstation for hver 10 til 100 km, og netværket vil på den måde kunne fungere over lange afstande.

Artikel i Nature >>