Kvante-teleportation mellem atomare systemer på afstand
Forskerne har i flere år kunnet teleportere en information på kvanteniveau fra lys til lys. I 2006 lykkedes det forskere på Niels Bohr Institutet at teleportere mellem lys og gasatomer. Nu er det lykkedes forskergruppen at teleportere informationer mellem to skyer af gasatomer og udføre teleportationen – ikke bare én eller få gange, men med succes hver eneste gang. Resultaterne er publiceret i det videnskabelige tidsskrift, Nature Physics.
Professor Eugene Polzik i kvanteoptiklaboratoriet, hvor eksperimentopstillingen ses i baggrunden.
"Det er et meget vigtigt skridt for forskningen i kvante-information at have opnået så stabile resultater, at hvert eneste forsøg vil lykkes", siger Eugene Polzik, professor og leder af grundforskningscentret Quantop på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.
Eksperimenterne foregår i forskergruppen Quantops laboratorier i kælderdybet under Niels Bohr Institutet. Der er to glasbeholdere, som hver indeholder en sky af milliarder af cæcium-gasatomer. De to glasbeholdere er ikke forbundet med hinanden, men ved hjælp af laserlys skal der teleporteres en information fra den ene gassky til den anden.
Lyset sendes ind i den første glasbeholder, og der sker nu det forunderlige kvantefænomen, at lyset og gassen bliver entangled (sammenfiltret). Det, at de er sammenfiltrede betyder, at de har lavet et kvantelink – de er synkroniserede.
Der er to glasbeholdere, som hver indeholder en sky af milliarder af cæcium-gasatomer. Begge glasbeholdere er lukket inde i et kammer, hvor der er et magnetfelt. De to glasbeholdere er ikke forbundet med hinanden, men ved hjælp af laserlys skal der teleporteres en information fra den ene gassky til den anden.
Begge glasbeholdere er lukket inde i et kammer, hvor der er et magnetfelt, og når laserlyset (med en bestemt bølgelængde) rammer gasatomerne, vil de yderste elektroner i atomerne reagere ved - ligesom magnetnåle – at pege i samme retning. Retningen kan være op eller ned, og det er denne retning, der er kvanteinformationen på samme måde som almindelige computeres informationer er bygget op af tallene 0 og 1.
Gassen udsender nu fotoner (lyspartikler), som indeholder kvanteinformationen. Lyset sendes videre til den anden gasbeholder, og nu aflæses kvanteinformationen fra lyset og registreres på en detektor. Signalet fra detektoren sendes tilbage til den første beholder, og retningen af atomernes elektroner justeres i forhold til signalet. Det fuldfører teleportationen fra den anden til den første beholder.
Ny metode mod tab af informationer
Eksperimenterne foregår ved stuetemperatur, og gasatomerne bevæger sig derfor med en hastighed på 200 meter pr. sekund inde i glasbeholderen, så de ramler hele tiden ind i glasvæggen, og dermed mister de den information, de lige er blevet kodet med. Men det har forskergruppen udviklet en løsning på.
Daniel Salart Subils, postdoc og ph.d.-studerende, Heng Shen arbejder med eksperimenterne i kvanteoptisk laboratorium på Niels Bohr Institutet.
"Vi bruger en belægning af en slags paraffin på indersiden af glasbeholderen, og det bevirker, at gasatomerne ikke mister deres kodning, selvom de støder ind i glasvæggen", fortæller professor Eugene Polzik. Det lyder som en nem løsning, men i virkeligheden var det kompliceret at udvikle metoden.
Et andet element i eksperimentet har været at udvikle den detektor, som registrerer fotonerne. Også her har forskerne udviklet en særlig følsom detektor, som meget effektivt registrerer fotonerne. Deres forsøg virker derfor hver eneste gang.
Men ét er laboratorieforsøg, noget andet er samfundet udenfor! I eksperimentet er teleportationens rækkevidde ½ meter – næppe imponerende i en verden, hvor informationer skal transporteres Jorden rundt på ingen tid.
"Rækkevidden på ½ meter skyldes udelukkende laboratoriets størrelse", siger Eugene Polzik med et stort smil og fortsætter - "vi kunne øge rækkevidden, hvis vi havde pladsen, og i princippet ville vi kunne teleportere kvante-informationer til f.eks. en satellit"
De stabile resultater er et vigtigt skridt på vejen mod fremtidens kvantekommunikationsnetværk.