Beam mir ein Häschen: Quantenteleportation

Nicolas Gisin

Boris Lemmer, Benjamin Bähr, Rina Piccolo

Thomas Bührke

Tim Strobel, Simone Luca Portalupi, Peter Michler +1 more

Ein Grundstein für die technische Umsetzung von Quantennetzwerken ist die Quantenteleportation. Dabei wird der Quantenzustand eines Systems auf ein zweites übertragen. In unseren Experimenten ist es zum ersten Mal gelungen, Quantenzustände von Photonen aus verschiedenen Halbleiterlichtquellen zu teleportieren.

Wolfgang Tittel

Abstract Die Möglichkeit, unbekannte Quantenzustände von einem Quantenteilchen auf ein anderes zu teleportieren, hat schon immer fasziniert. Diese verblüffende Art der Übertragung ermöglicht zudem die Realisierung zukünftiger Quantenverstärker und Quantennetzwerke. Unserer Gruppe ist kürzlich die Teleportation mit Photonen außerhalb eines Labors, nämlich im Glasfasernetz der Stadt Calgary in Kanada gelungen [1]. Ein ähnliches Experiment realisierte ein Forscherteam in Hefei, China [2].

K. Bodenhagen, Gunnar Blume, A. Sahm +4 more

Spektroskopie im mittleren Infrarotbereich (MIR) ist aufgrund der hohen Eindringtiefe der MIR-Strahlung ein leistungsfähiges Werkzeug zur Analyse stark streuender Materialien wie (Mikro-)Plastik.Herkömmliche MIR-Quellen und -Detektoren sind jedoch in der Regel groß, teuer und technisch sehr anspruchsvoll.Daher wurde ein quanteninterferometrischer Aufbau basierend auf spontaner parametrischer Fluoreszenz (SPDC) in einem nichtlinearen ppKTP-Kristall zur Erzeugung verschränkter NIR-MIR-Photonenpaare realisiert.Nach der Erzeugung interagiert das MIR-Photon mit der Polymerprobe, während das verschränkte NIR-Photon einen Referenzweg durchläuft und von einem herkömmlichen Spektrometer detektiert wird.Aufgrund der Quantenverschränkung können Informationen über die Wechselwirkung des MIR-Photons mit der Probe allein durch die Detektion des NIR-Photons abgeleitet werden.Diese als "sensing with undetected photons" bezeichnete Technik ermöglicht MIR-Spektroskopie ohne direkte MIR-Detektion.Durch hochpräzise Mikrointegration und einen gefalteten Strahlengang für den Referenzarm konnte der optische Aufbau miniaturisiert und auf einer Fläche von nur 75 mm x 90 mm aufgebaut werden.In dieser Konfiguration wurden Photonenraten von über 10 9 pro Sekunde pro Watt Pumpleistung sowie eine Quanteninterferenz-Visibility von ≈ 30 % erzielt.Diese Ergebnisse unterstreichen die Eignung der entwickelten Module für mobile Anwendungen, wie etwa die vor-Ort Analyse von Mikroplastik in Abwasser, und stellen einen wichtigen Schritt in Richtung industrietauglicher Lösungen dar.