Kvanteoptisk link slår nye tidsrekorder – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Forside
Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Nyheder > Nyheder 2011 > Kvanteoptisk link slår...

17. august 2011

Kvanteoptisk link slår nye tidsrekorder

Til absolut sikker overførsel af data vil kvantekommunikation kunne blive en mulighed. Den vigtigste bestanddel i kvantekommunikation over lange afstande er det særlige fænomen, der kaldes entanglement eller sammenfiltring mellem to atomare systemer. Sammenfiltring mellem to atomare systemer er imidlertid meget skrøbelig, og hidtil har det kun været muligt for forskerne at holde sammenfiltringen i en brøkdel af et sekund. Men i nye eksperimenter på Niels Bohr Institutet er det lykkedes forskerne at slå helt nye rekorder og holde sammenfiltringen i op til en time. Resultaterne er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Physical Review Letters.

Entanglement eller sammenfiltring er et ejendommeligt fænomen indenfor kvantemekanikken, som Albert Einstein kaldte ”spukhafte Fernwirkung” (spøgelsesagtig fjernvirkning). To separate systemer kan være sammenfiltrede, og selv på afstand og uden direkte forbindelse med hinanden, vil de to systemer på spøgelsesagtig vis være i en form for sammenhæng. Man siger, at deres tilstande er korrelerede. Det bevirker, at hvis man aflæser det ene system, vil det andet system 'vide' det. I eksperimenterne på Niels Bohr Institut er det to gasskyer af cæsium-atomer, hvis spin bliver sammenfiltrede.

Billedet viser de to skyer af cæsium-atomer. Atomerne er blevet sammenfiltrede ved hjælp af laserlys. Atomerne udsender spontant fotoner i alle retninger. Ved at designe eksperimentet på en meget nøjagtig måde, lykkedes at fastholde sammenfiltringen i op til en time.
(Credit: Christine Muschik)

 

Kontrol af spontan proces

Til at skabe den sammenfiltrede tilstand af de to atom-skyer bruger forskerne lys. Lys består af fotoner, som er den mindste del (et kvant) af en lyspuls. Når man lyser med en laser-lysstråle på atomer, bliver fotonerne absorberet og efterfølgende udsender atomerne spontant fotoner. Den proces har været en hindring af eksperimentet, fordi det sker ukontrolleret.

"Nu er det lykkedes os at kontrollere denne 'spontane' proces og udnytte den", fortæller Eugene Polzik, professor og leder af grundforskningscentret, Quantop på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.

Fastholder sammenfiltring

I Quantops laboratorier har forskningsgruppen udført eksperimenter med sammenfiltring af to skyer af cæsium-atomer, som sidder hver for sig i en separat glascontainer. Ved at belyse begge skyer af atomer med laserlys, bliver atomernes kollektive spin manipuleret. De to atomskyer bliver sammenfiltrede (entangled), som betyder, at nogle af deres egenskaber bliver korrelerede.

Men atomerne udsender fotoner i alle retninger, og det bevirker, at sammenfiltringen forsvinder. Det sker normalt på en brøkdel af et sekund.

"Det, vi har gjort er, at vi har udviklet en teknik, hvor vi fornyer sammenfiltringen lige så hurtigt som den forsvinder. På den måde har vi kunnet bevare sammenfiltringen mellem de to atom-skyer lige så længe som eksperimentet varede, og det vil sige op til en time. ", fortæller Hanna Krauter, der er kvantefysiker og forsker i Quantop på Niels Bohr Institutet.

Fra teori til virkelighed

Forskningen er udført i samarbejde med Max Planck Institutet for Kvanteoptik i Tyskland, hvor man har arbejdet med de teoretiske modeller. I omkring fem år har teoretiske fysikere foreslået lignende teknikker, men først nu er det lykkedes at gennemføre de fysiske eksperimenter baseret på disse metoder og få dem til at virke.

"Gennembruddet har flere store perspektiver og giver blandt andet en ny tilgang til kvantekommunikation. Det er et skridt på vejen til at få kvantekommunikation til at fungere i praksis – ikke kun i laboratoriet, men også i den virkelige verden med netværk à la internettet.  Desuden betyder det en forbedring af ultra-præcise målinger af bittesmå magnetfelter med atomare magnetometre. Sensitive magnetometre vil kunne bruges til målinger af elektrisk aktivitet i den menneskelige hjerne og hjertet", siger professor Eugene Polzik.

Artikel i Physical Review Letters >>