Eingefangene Ionen wurden bisher nur in ein und demselben Labor verschränkt. Jetzt haben Teams um Tracy Northup und Ben Lanyon von der Universität Innsbruck zwei Ionen über eine Distanz von 230 Metern verschränkt.
Die Knoten dieses Netzwerks waren in zwei Labors auf dem Campus Technik westlich von Innsbruck, Österreich, untergebracht. Das Experiment zeigt, dass eingefangene Ionen eine vielversprechende Plattform für zukünftige Quantennetzwerke sind, die Städte und schließlich Kontinente überspannen.
Eingefangene Ionen sind eines der führenden Systeme zum Bau von Quantencomputern und anderen Quantentechnologien. Um mehrere solcher Quantensysteme miteinander zu verbinden, werden Schnittstellen benötigt, über die die Quanteninformation übertragen werden kann.
Forscher um Northup und Lanyon vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck haben in den letzten Jahren eine Methode entwickelt, bei der Atome in optischen Hohlräumen so eingefangen werden, dass Quanteninformationen effizient auf Lichtteilchen übertragen werden können. Die Lichtteilchen können dann durch optische Fasern geschickt werden, um Atome an verschiedenen Orten zu verbinden.
Jetzt haben ihre Teams zusammen mit Theoretikern unter der Leitung von Nicolas Sangouard von der Université Paris-Saclay zum ersten Mal zwei gefangene Ionen verschränkt, die mehr als ein paar Meter voneinander entfernt waren.
Plattform zum Aufbau von Quantennetzwerken
Die beiden Quantensysteme wurden in zwei Laboren aufgebaut, eines im Gebäude des Instituts für Experimentalphysik und eines im Gebäude des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften.
„Bisher wurden gefangene Ionen nur über wenige Meter im selben Labor miteinander verschränkt. Diese Ergebnisse wurden auch durch gemeinsame Steuerungssysteme und Photonen (Lichtteilchen) mit Wellenlängen erzielt, die nicht für viel größere Entfernungen geeignet sind. “, erklärt Lanyon.
Nach Jahren der Forschung und Entwicklung ist es den Innsbrucker Physikern nun gelungen, zwei Ionen über den Campus zu verschränken. „Dazu haben wir einzelne Photonen, die mit den Ionen verschränkt sind, über ein 500 Meter langes Glasfaserkabel geschickt und übereinander gelegt, wobei wir die Verschränkung auf die beiden entfernten Ionen vertauscht haben“, beschreibt Northup das Experiment. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass eingefangene Ionen eine vielversprechende Plattform für die Realisierung zukünftiger verteilter Netzwerke aus Quantencomputern, Quantensensoren und Atomuhren sind.“
Die Teams von Lanyon und Northup sind Teil der Quantum Internet Alliance, einem internationalen Projekt unter dem Quantum-Flaggschiff der Europäischen Union. Die neuesten Ergebnisse wurden in veröffentlicht Briefe zur körperlichen Überprüfung.
Mehr Informationen:
V. Krutyanskiy et al, Entanglement of Trapped-Ion Qubits Separated by 230 Meters, Briefe zur körperlichen Überprüfung (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.050803