Ein interdisziplinäres Forscherteam unter der Leitung von Prof. Alexander Szameit (Institut für Physik & Department LLM) von der Universität Rostock, in Zusammenarbeit mit der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, hat bahnbrechende Fortschritte in der Stabilisierung von Photoneninterferenz erzielt. Diese Forschungsergebnisse, veröffentlicht in der renommierten Fachzeitschrift Science, gelten als wegweisend für die Entwicklung neuer optischer Quantentechnologien, darunter Quantencomputer.
Die Herausforderung bei der Nutzung von Licht für Quantencomputing besteht darin, dass bereits kleinste Fehler in der Herstellung optischer Chips die Stabilität der Lichtübertragung beeinträchtigen können. Das Team aus Rostock und Freiburg konnte jedoch zeigen, dass Licht in optischen Wellenleitern topologisch geschützt übertragen werden kann. Diese Schutzmechanismen ermöglichen es, dass die Lichtwellen stabil bleiben, auch wenn während des Herstellungsprozesses leichte Unregelmäßigkeiten auftreten. Dieser Durchbruch könnte Quantentechnologien robuster und zuverlässiger machen.
Das Verfahren nutzt eine sogenannte „Hong-Ou-Mandel-Interferenz“, ein Phänomen, bei dem zwei Photonen miteinander interferieren und ihre Quanteninformation austauschen. Diese Interferenz wird durch eine synthetische magnetische Flussdifferenz in den Wellenleitern stabilisiert. Dies bietet die Möglichkeit, Quantengatter mit einer beispiellosen Fehlertoleranz zu entwickeln.
Wissenschaftliche Bedeutung
Diese Entdeckung könnte den Weg für zukünftige Anwendungen in der Quantenkommunikation und dem Quantencomputing ebnen. Mit dieser neuen Technik können Quantencomputer widerstandsfähiger gegen Produktionsfehler gemacht werden, was eine entscheidende Hürde bei der Skalierung dieser Technologie überwindet.
Die folgende Abbildung aus der Veröffentlichung illustriert, wie sich Photonen in einem optischen Wellenleiter verhalten, wenn sie topologisch geschützt interferieren.
Quelle: Max Ehrhardt et al., "Topological Hong-Ou-Mandel interference," Science, 2024. DOI: 10.1126/science.ado8192