Neuer Übertragungsrekord von Photonen

Publikation in "Nature Physics"

Wissenschaftlern vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und der Fakultät für Physik der Universität Wien ist ein neuer Übertragungsrekord von verschränkten Lichtteilchen (Photonen) gelungen. In einem von der Europäischen Weltraumagentur ESA und der Österreichischen Weltraumagentur FFG finanzierten Projekt konnten zwei verschränkte Photonen von La Palma über 144 km nach Teneriffa übertragen werden. Dies ist der entscheidende experimentelle Meilenstein in dem Bestreben der ESA, verschränkte Photonen von einem Satelliten aus zu Bodenstationen zu übertragen. Die Ergebnisse wurden am 3. Mai 2009 in der Onlineausgabe von "Nature Physics" publiziert.

Ausgehend von den philosophischen Debatten über die Verschränkung in den 1930er Jahren dauerte es 40 Jahre bis zu den ersten experimentellen Bestätigungen. Die Konzepte der Quantenmechanik wurden in den vergangenen Jahrzehnten bis zu einem Punkt entwickelt, wo nun Verschränkung als praktisch einsetzbare Technologie in der Quantenkryptographie zum Einsatz kommt und so absolut sichere Kommunikation ermöglicht. Die Quantenmechanik wurde in den 1930er Jahren entwickelt, um die Vorgänge auf atomarem Niveau zu erklären. Der Einsatz von verschränkten Photonen auf Satelliten und deren Verteilung wird es erlauben, die Quantenmechanik auf einer Entfernung von mehreren tausend Kilometern zu testen. Albert Einstein und Kollegen entdeckten die "Spukhafte Fernwirkung", wobei der Begriff "Verschränkung" erst durch den österreichischen Physiker Erwin Schrödinger Eingang in die Quantenkommunikation und Quanteninformation gefunden hat.

Durch die Entwicklung neuartiger Quellen, die mehr als 2 Mio. Paare verschränkter Lichtteilchen (Photonen) pro Sekunde erzeugen, ist es möglich geworden, ernsthaft an deren Einsatz auf Satelliten zu denken. In diesem Experiment, durchgeführt von einem Team um Anton Zeilinger und Rupert Ursin, wurden beide Lichtteilchen auf die 144 km lange Reise von La Palma nach Teneriffa geschickt, ehe sie von der optischen Bodenstation der ESA empfangen wurden. Die Photonen waren dabei Bedingungen ausgesetzt, die auch auf ihrem Weg vom Satellit zur Erde herrschen werden. Damit ist nun die Machbarkeit einer Übertragung von einem Satelliten zu optischen Bodenstationen nachgewiesen.

Zwar ist Quantenkryptographie über moderne Glasfasernetze auch möglich, aber wegen der hohen Übertragungsverluste auf etwa 100 km limitiert. Um zukünftige Quantenkommunikationsnetzwerke auf globaler Ebene zu realisieren, müssen deshalb satellitenbasierte Systeme entwickelt und die Photonen über optische Freiraumstrecken zum Boden übertragen werden. Daher wird nun gleichzeitig zusammen mit Industriepartnern an der Entwicklung dieser Quelle bis zur Weltraumtauglichkeit gearbeitet. Laufen die Vorbereitungen wie von der ESA geplant, ist mit einem Start in den Weltraum in der nächsten Dekade zu rechnen.


Publikation:
High-fidelity transmission of entanglement over a high-loss free-space channel. Alessandro Fedrizzi, Rupert Ursin, Thomas Herbst, Matteo Nespoli, Robert Prevedel, Thomas Scheidl, Felix Tiefenbacher, Thomas Jennewein und Anton Zeilinger. Published online: 3. Mai 2009.
dx.doi.org/10.1038/NPHYS1255


Kontakt:
Dr. Rupert Ursin
Rupert.Ursin@univie.ac.at
www.quantum.at


Büro für Öffentlichkeitsarbeit der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
Dr. Ignaz Seipel-Platz 2, 1010 Wien
T +43 1 51581-1218, 1219, 1229, 1235
F +43 1 51581-1227
public.relations@oeaw.ac.at