Jian-Wei Pan und seine Kollegen schauen dagegen mehr auf die Nutzung dieses Effekts für zukünftige Quantencomputer. Diese können im Prinzip Berechnungen nicht mehr wie ein klassischer Siliziumchip hintereinander, sondern parallel ausführen. Komplexe Probleme könnten damit in einem Bruchteil der heute benötigten Zeit gelöst werden. Allerdings wäre hierfür die Verschränkung von sehr vielen Photonen gleichzeitig nötig. Mit der neuen Rekordmarke von fünf gekoppelten Photonen stellen die Ergebnisse der Heidelberger Physiker einen wichtigen Zwischenschritt auf diesem noch sehr langen Entwicklungsweg dar. Denn hier konnte die durch die Messung der Polarisation eines Photons der entsprechende Quantenzustand bei drei weiteren Lichtteilchen parallel festgelegt werden. Das fünfte Photon könnten die Forscher dann in folgenden Experimenten zur Kontrolle dieser Datenübertragung heranziehen. Auftretende Fehler ließen sich damit erkennen und direkt korrigieren.
Für die Entwicklung von extrem schnellen und leistungsfähigen Quantencomputern setzen Physiker auf die Übertragung von Informationen ohne jeden Zeitverlust. Auf diesem Weg gelang es nun Forscher von der chinesichern Universität in Hefei und der Universität Heidelberg erstmals, fünf Lichtteilchen gleichzeitig miteinander zu verschränken. Bei diesem quantenmechanischen Phänomen, bereits von Einstein als “Spukhafte Fernwirkung” postuliert, wird der Zustand aller Photonen allein durch die Messung eines einzigen Lichtteilchens festgelegt. Gelang dies bisher nur mit vier oder weniger Photonen, ist mit fünf verschränkten Lichtteilchen erstmals die Grundlage geschaffen, eine Art Fehlerkorrektur bei der Übermittlung quantenmechanischer Zustände zu nutzen.
“Unsere experimentellen Methoden können für weitere Entwicklungen eines Quantencomputers und bei einer verzweigten Quantenkommunikation genutzt werden”, berichten Zhi Zhao und seine Kollegen in der Fachzeitschrift Nature (Vol. 430, S. 54). Bei der quantenmechanischen Verschränkung von fünf Lichtteilchen bleibt die Ausrichtung der Polarisierung – senkrecht oder waagerecht – jedes einzelen Photons so lange unbekannt, bis sie bei einem der Teilchen gemessen wird. Exakt im Moment der Messung ist diese Polrichtung auch bei allen verknüpften Lichtteilchen eindeutig festgelegt. Da mit Lasern bereits einzelne Photonen über bis 100 Kilometer lange Glasfaserkabel paarweise auf diese Art quantenmechanisch verbunden werden können, lässt sich über die Quantenzustände Information ohne Zeitverlust über diese Strecke übermitteln. Bisher wird dieses Phänomen für zur sicheren Verschlüsselung von Datencodes genutzt.
Jan Oliver Löfken
