Physiker bauen ein Gedächtnis auf, das Verschränkung speichert

Verschränkung ist das seltsame, geisterhafte Phänomen, bei dem Quantenteilchen dieselbe Existenz (eigentlich dieselbe Wellenfunktion) teilen. Eine Messung an einem beeinflusst also augenblicklich den anderen, egal wie weit sie voneinander entfernt sind. Die sogenannte Fernwirkung ist das Herzstück vieler der dramatischsten neuen Technologien der modernen Physik: Quantenkryptographie, Quantenteleportation und Quantencomputer beruhen alle darauf. Das macht Verschränkung zu wichtigen Dingen. So etwas beginnen viele Physiker über Verschränkung zu denken: als Ressource, ähnlich wie Wasser oder Energie, auf die man in der neuen Quantenwelt bei Bedarf zurückgreifen kann. Diese Physiker möchten in der Lage sein, Verschränkungen zu erzeugen, sie zu verwenden und zu speichern, wann immer sie wollen. Die ersten beiden davon – das Schaffen und die Nutzung von Verschränkungen – sind seit 30 oder 40 Jahren Gegenstand intensiver Forschung. Aber die Fähigkeit, Verschränkung auf nützliche Weise zu speichern, ist den Physikern entgangen. Bis jetzt. Heute demonstrieren Christoph Clausen und Kumpel von der Universität Genf, wie man Verstrickungen nicht nur speichert, sondern auch wieder voll funktionsfähig wieder auflöst. Ihr Gerät besteht aus einer Ladung Neodymatome, die in einem Kristall aus Ytterbiumsilikat eingebettet sind, der beim Abkühlen Photonen absorbieren und speichern kann. Die Frage, die Clausen und Co zu beantworten versuchen, ist, ob dieses Gerät auch Verschränkungen speichern kann. Also erzeugten sie ein Paar verschränkter Photonen, schickten eines in den Kristall und warteten, bis es wieder emittiert wurde. Sie blieben dann mit diesem neuen Photon und dem ursprünglichen Mitglied des Paares zurück. Anschließend führten sie ein Standardexperiment, den sogenannten Bell-Test, durch und bewiesen, dass das Paar immer noch verschränkt war. Das ist aus mehreren Gründen beeindruckend. Damit die Verschränkung erhalten bleibt, muss zunächst der gesamte Kristall involviert sein. Dieser Kristall ist etwa einen Zentimeter groß und die Idee, dass eine Verschränkung zwischen einem Photon und einem Objekt dieser Größe ausgetauscht werden kann, ist erstaunlich. Als nächstes kommt die Fähigkeit, die Verschränkung von einem fliegenden Qubit – dem Photon – auf ein stationäres, den Kristall, zu übertragen. Und das mit Photonen mit einer Wellenlänge von 1338 nm, der sogenannten Telekommunikationswellenlänge, die problemlos durch Glasfaserkabel hindurchpasst. Alle anderen Wellenlängen sind interessant, aber für die Kommunikation praktisch nutzlos. Aber das Spannendste an all dem ist, dass die Verschränkung den Prozess der Speicherung und Freisetzung überhaupt überlebt. Die notorisch zerbrechliche Verwicklung dringt wie Wasser durch ein Sieb in die Umwelt. Die Fähigkeit, es zu speichern und freizugeben, ist die grundlegende Technologie, die Geräte wie Quantenrepeater zum Funktionieren bringen könnte. An Einsatzmöglichkeiten für diese Art von Fähigkeit mangelt es nicht. Das Quanteninternet, um nur eines zu nennen, erfordert die Fähigkeit, verschränkte Photonen zu speichern und weiterzuleiten. Zu einer Zeit schien es mehr oder weniger unmöglich, dies zu tun. Die Verstrickung war einfach zu zerbrechlich. Jetzt scheint es nur noch eine Frage der Zeit zu sein, bis wir es im Griff haben. Ref: arxiv.org/abs/1009.0489 : Quantenspeicherung der photonischen Verschränkung in einem Kristall Update 13. September 2010: Erhan Saglamyurek weist darauf hin dieses Papier über ein Speichergerät für verschränkte Photonen am selben Tag wie der obige Artikel auf der arXiv veröffentlicht verbergen