Quantenkommunikation Max-Planck-Institut entwickelt Nachweismethode für Quantensendungen

Redakteur: Alina Hailer

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine Nachweismethode entwickelt, um den Datenaustausch in der Quantenkommunikation verlässlicher zu gestalten. Wie das funktioniert.

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Der Detektor zum Nachweis der Photonen ist mit zwei Resonatoren ausgestattet, die jeweils aus zwei Spiegeln bestehen. Zwischen den Resonatoren wird ein Atom eingefangen.
Der Detektor zum Nachweis der Photonen ist mit zwei Resonatoren ausgestattet, die jeweils aus zwei Spiegeln bestehen. Zwischen den Resonatoren wird ein Atom eingefangen.
(Bild: Christoph Hohmann)

Wissenschaftler des Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching haben eine Nachweismethode in der Quantenkommunikation entwickelt. Bisher war die Nachverfolgung von Photonen - den Lichtteilchen, die die Quanteninformation transportieren - äußerst schwierig. Die Lichtteilchen, die die sogenannten Qubits (Quanteninformation) transportieren, können besonders über lange Strecken schnell verloren gehen.

Mit Hilfe eines neuen Detektor, den die Wissenschaftler Dominik Niemietz und Gerhard Rempe entwickelt haben, soll nun eine Art Sendungsverfolgung für die Photonen gewährleistet werden. Bereits nach einer Teilstrecke zu ermitteln, ob die Lichtteilchen noch auf dem richtigen Weg sind, kann den Aufwand in der Informationsverarbeitung deutlich reduzieren. Das physikalische Protokoll kann bereits auf Zwischenstationen der Quantensendung anzeigen, ob das Qubit am Zielort angekommen ist. Dabei wird das Photon, der Datenträger, nur ausgelesen. Die in dem Lichtteilchen verpackten Informationen können von dem Detektor nicht ermittelt werden.

Nachweis durch Resonatoren

Der Detektor ist ausgestattet mit zwei Resonatoren, die jeweils aus zwei Spiegeln bestehen, und einem darin gefangenen Atom. Berührt ein Photon eines der Resonatoren, verändert es durch eine Reflexion den Zustand des Atoms, indem der atomare Spin verändert wird. Das Atom wird anschließend mit Laserlicht bestrahlt. Wurde ein Photon am Resonator reflektiert, so leuchtet das Atom nicht auf. Wenn kein Photon nachgewiesen wurde, leuchtet das Atom auf, was durch das zweite Spiegelpaar und einem Photodetektor nachgewiesen werden kann.

Einsatzbereiche der Quantenkommunikation

Die Quantenkommunikation könnte in Zukunft in Bereichen mit hohen Sicherheitsanforderungen, wie z. B. im Datenverkehr zwischen Regierungsstellen und Banken eingesetzt werden. Der Einsatz in der alltäglichen Kommunikation, wie im E-Mail-Verkehr, ist dagegen eher unwahrscheinlich.

Um den nächsten Schritt in Richtung Anwendung zu gehen, soll der Detektor nun zwischen dem Institut in Garching und einem weiter entfernten Standort zur Quantenkommunikation eingesetzt werden.

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