Quantenteleportation in Sicht

Die Steuerung mikroskopisch kleiner, physikalischer Systeme konnte bereits in zahlreichen Experimenten, insbesondere auf dem Gebiet der Quantenoptik, demonstriert werden. Das aktuelle Forschungsinteresse konzentriert sich darauf, eine quantenmechanische Steuerung ebenso auf makroskopischer Ebene zu erreichen.

Mechanische Oszillatoren sind vielversprechende Systeme für diesen Zweck. Das EU-finanzierte Projekt "Optomechanical entanglement and teleportation" (OMENT) wurde ins Leben gerufen, um die Quantensteuerung eines mikrometerkleinen mechanischen Oszillators vorzuführen, und diese für eine entscheidend wichtige Quanteninformationsanwendung zu nutzen: die Teleportation.

OMENT will mechanische Zustände von geringer Entropie wie etwa den Grundzustand eines optomechanischen Oszillators herstellen. Auf dieser Grundlage könnten die Wissenschaftler verschränkte optomechanische Zustände erzeugen und bestätigen. Derartige Zustände erscheinen nur in der Quantenmechanik und sind die Quelle zahlloser Quanteninformationsanwendungen. Die erzeugte optomechanische Verschränkung käme dann bei der Teleportation von Informationen zur Anwendung.

Neuartige optomechanische Protokolle enthielten Vorschläge dazu, wie optomechanische Verschränkung, Teleportation und ultraschnelle Kühlsysteme im gepulsten optischen Regime zu implementieren sind.

Ein entscheidender Schritt für OMENT war der Einsatz mechanischer Oszillatoren mit hohen Q-Faktoren (niedrigere Energieverlustraten) von 10^7 bei niedrigen Temperaturen. Die Wissenschaftler untersuchten ein neuartiges Materialsystem auf Basis von Indium-Gallium-Phosphid (InGaP) für mechanische Membranresonatoren. Es gestattete eine einfache und monolithische Integration geschichteter Membranen, die eine hohe Einzelphotonenkopplungsstärke versprechen.

Große Anstrengungen unternahm man, um zwei stabile Hohlraum-Optomechaniksysteme bei niedrigen Temperaturen in einem Mischungskryostaten und einem Heliumdurchflusskryostaten zu erzielen.

Quantengesteuerte mechanische Oszillatoren erweitern die physikalischen Abläufe der Informationsverarbeitung, wobei Quanteneffekte für makroskopische Größenordnungen signifikant sind. Überdies ermöglichen sie auch die Konzipierung extrem empfindlicher quantenbegrenzter Messgeräte.

Die Projektfortschritte trugen ganz wesentlich zur Realisierung etlicher experimenteller Parameter bei, die letztlich eine Beobachtung der optomechanischen Quantenverschränkung zwischen einem Laserfeld und einem mikromechanischen Oszillator erlauben sollen. Sämtliche Projekterkenntnisse wurden in von Experten begutachteten Fachzeitschriften veröffentlicht.