{"id":7967,"date":"2023-07-17T14:54:31","date_gmt":"2023-07-17T06:54:31","guid":{"rendered":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/?p=7967"},"modified":"2023-07-17T14:54:31","modified_gmt":"2023-07-17T06:54:31","slug":"physicists-design-quantum-switches-which-can-be-activated-by-single-photons","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/physicists-design-quantum-switches-which-can-be-activated-by-single-photons\/","title":{"rendered":"Physiker entwerfen Quantenschalter, die durch einzelne Photonen aktiviert werden k\u00f6nnen"},"content":{"rendered":"

Harvard-Forscher haben\u00a0gelang es, Quantenschalter zu schaffen<\/a>\u00a0das mit einem einzigen Photon ein- und ausgeschaltet werden kann, eine technologische Errungenschaft, die den Weg f\u00fcr die Schaffung hochsicherer Quantennetzwerke ebnen k\u00f6nnte.<\/p>\n

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Die aus einzelnen Atomen gebauten ersten Schalter ihrer Art k\u00f6nnten eines Tages \u00fcber Glasfaserkabel vernetzt werden, um das R\u00fcckgrat eines \u201eQuanteninternets\u201c zu bilden, das eine absolut sichere Kommunikation erm\u00f6glicht, sagte Mikhail Lukin, Professor f\u00fcr Physik und Leiter eines Team bestehend aus dem Doktoranden Jeff Thompson und dem Postdoktoranden Tobias Tiecke, um das neue System zu konstruieren. Ihre Forschung wird in einem k\u00fcrzlich ver\u00f6ffentlichten Artikel in detailliert beschrieben\u00a0Natur<\/i>.<\/p>\n

\u201eAus technischer Sicht ist das eine bemerkenswerte Leistung\u201c, sagte Lukin \u00fcber den neuen Fortschritt. \u201eVom Konzept her ist die Idee ganz einfach: Den herk\u00f6mmlichen Lichtschalter bis an seine Grenzen zu bringen. Was wir hier gemacht haben, ist, ein einzelnes Atom als Schalter zu verwenden, der je nach Zustand den Photonenfluss \u00f6ffnen oder schlie\u00dfen kann \u2026 und der mit einem einzelnen Photon \u201eein\u201c und \u201eaus\u201c geschaltet werden kann.\u201c<\/p>\n

Obwohl die Schalter zum Bau eines Quantencomputers verwendet werden k\u00f6nnten, sagte Lukin, es sei unwahrscheinlich, dass die Technologie in einem durchschnittlichen Desktop-Computer zum Einsatz komme.<\/p>\n

Ihr Einsatzgebiet sei, sagte er, bei der Schaffung von Glasfasernetzen, die Folgendes nutzen:\u00a0Quantenkryptographie<\/a>, eine Methode zur Verschl\u00fcsselung der Kommunikation mithilfe der Gesetze der Quantenmechanik, um eine vollkommen sichere Kommunikation zu erm\u00f6glichen. Solche Systeme machen es unm\u00f6glich, \u00fcber das Netzwerk gesendete Nachrichten abzufangen und zu lesen, da bereits die Messung eines Quantenobjekts dieses ver\u00e4ndert und verr\u00e4terische Anzeichen der Spionage hinterl\u00e4sst.<\/p>\n

\u201eEs ist unwahrscheinlich, dass jeder diese Art von Technologie braucht\u201c, sagte er. \u201eAber es gibt einige realistische Anwendungen, die eines Tages transformative Auswirkungen auf unsere Gesellschaft haben k\u00f6nnten. Derzeit sind wir auf die Nutzung der Quantenkryptographie \u00fcber relativ kurze Distanzen \u2013 Dutzende Kilometer \u2013 beschr\u00e4nkt. Basierend auf dem neuen Fortschritt k\u00f6nnen wir m\u00f6glicherweise die Reichweite der Quantenkryptographie auf Tausende von Kilometern erweitern.\u201c<\/p>\n

Wichtig sei, so Tiecke, dass ihr System hoch skalierbar sei \u2013 und eines Tages die Herstellung Tausender solcher Schalter in einem einzigen Ger\u00e4t erm\u00f6glichen k\u00f6nnte.<\/p>\n

\u201eWir haben wirklich Ideen \u00fcbernommen, die Menschen erforscht haben und immer noch erforschen, und zwar in makroskopischen Systemen, in denen das Licht auf zwei zentimetergro\u00dfen Spiegeln hin und her reflektiert wird, um mit einem Atom zu interagieren \u2013 das haben wir \u00fcbernommen und verkleinert.\u201c es runter\u201c, sagte Thompson. \u201eSeit zwei Jahrzehnten arbeiten Forscher daran, zwei oder drei dieser makroskopischen Systeme zu koppeln und ein einfaches Netzwerk zu schaffen, aber es ist f\u00fcr uns sehr einfach, drei oder vier oder 10.000 dieser optischen Schaltkreise zu schaffen. Was das vorliegende Papier zeigt, ist zumindest technologisch der Weg nach vorne.\u201c<\/p>\n

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Lukin glaubt, dass dies eine M\u00f6glichkeit f\u00fcr Quantensysteme ist, den gleichen \u00dcbergang zu vollziehen, den herk\u00f6mmliche Computer vor Jahrzehnten vollzogen haben \u2013 von Vakuumr\u00f6hren zu integrierten Schaltkreisen.<\/p>\n

\u201eHerk\u00f6mmliche Computer wurden urspr\u00fcnglich mit Vakuumr\u00f6hren gebaut, und schlie\u00dflich entwickelten die Menschen integrierte Schaltkreise, die in modernen Computern verwendet werden\u201c, sagte er. \u201eBeim heutigen Stand der Quantensysteme \u00e4hneln die besten Systeme immer noch Vakuumr\u00f6hren \u2013 sie nutzen typischerweise Vakuumkammern, um einzelne Atome mithilfe elektromagnetischer Felder zu isolieren und festzuhalten.<\/p>\n

\u201eAber es ist ganz klar, wenn wir diese Systeme vergr\u00f6\u00dfern wollen, m\u00fcssen wir \u00fcber den Einsatz integrierter Schaltkreise nachdenken\u201c, fuhr er fort. \u201eJeff und Tobias haben ein Hybridsystem geschaffen. Wir nehmen Atome in Vakuumkammern und kombinieren sie mit integrierten Schaltkreisen.\u201c<\/p>\n

Obwohl herk\u00f6mmliche Computerchips auf \u00e4hnliche Weise hergestellt werden, sind die\u00a0integrierte Schaltkreise<\/a>\u00a0Die von Thompson und Tiecke gebauten Fahrzeuge werden nicht mit Strom, sondern mit Licht betrieben.<\/p>\n

Die Chips nutzen nanophotonische Technologie \u2013 im Wesentlichen die F\u00e4higkeit, \u201eVerkabelungen\u201c zu erstellen, die den Weg des Lichts kanalisieren und steuern k\u00f6nnen \u2013, um optische Schaltkreise aufzubauen, die dann mit Glasfaserkabeln verbunden werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

Nach dem Platzieren des\u00a0optische Schaltkreise<\/a>\u00a0In einer Vakuumkammer verwendeten Forscher \u201eoptische Pinzetten\u201c \u2013 pr\u00e4zise fokussierte Laser \u2013, um ein einzelnes Atom einzufangen und es auf einen Bruchteil \u00fcber dem absoluten Nullpunkt abzuk\u00fchlen. Anschlie\u00dfend bewegen sie das Atom bis auf wenige hundert Nanometer an den Chip heran.<\/p>\n

Es reicht jedoch nicht aus, die beiden Teile einfach zusammenzubringen.<\/p>\n

Quantenschalter zu schaffen, die eines Tages das Herzst\u00fcck von sein k\u00f6nnten\u00a0Quantennetzwerke<\/a>, bombardieren sie das Atom mit Mikrowellen und Lasern, wodurch es in einen Quanten\u00fcberlagerungszustand \u00fcbergeht \u2013 das hei\u00dft, es kann gleichzeitig mehrere Quantenzust\u00e4nde einnehmen, die den \u201eEin\u201c- und \u201eAus\u201c-Zust\u00e4nden des Schalters entsprechen.<\/p>\n

\u201eDamit dies funktioniert, muss der Atomschalter in diesem speziellen \u00dcberlagerungszustand vorbereitet werden\u201c, erkl\u00e4rte Lukin. \u201eDieser \u00dcberlagerungszustand ist extrem fragil \u2013 so fragil, dass es tats\u00e4chlich seine Phase \u00e4ndert, wenn ein einzelnes Photon darauf trifft. Dieser Phasenwechsel erm\u00f6glicht es ihm, wie ein Ventil zu wirken und ein- oder ausgeschaltet zu werden.\u201c<\/p>\n

Obwohl es unwahrscheinlich ist, dass die Schalter zur Standardausr\u00fcstung f\u00fcr Personalcomputer werden, sagte Lukin, dass sie in nur einem Jahrzehnt in Prototypen von Quantennetzwerken auftauchen k\u00f6nnten.<\/p>\n

\u201eEs gibt andere Systeme, die im Hinblick auf den Aufbau eines Quantencomputers ausgefeilter sind\u201c, sagte Thompson. \u201eAber der entscheidende Vorteil dessen, was in dieser Arbeit gezeigt wird, besteht darin, dass der Einzelatomschalter sehr eng an Licht gekoppelt ist, und zwar insbesondere an Licht in optischen Fasern.\u201c<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Harvard researchers have\u00a0succeeded in creating quantum switches\u00a0that can be turned on and off using a single photon, a technological achievement that could pave the way for the creation of highly secure quantum networks.   Built from single atoms, the first-of-their-kind switches could one day be networked via fiber optic cables to form the backbone of<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":7971,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[1],"tags":[],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7967"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=7967"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7967\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":7972,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7967\/revisions\/7972"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/7971"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=7967"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=7967"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=7967"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}