Einem internationalen Team von Wissenschaftlern ist es gelungen, ein einzelnes Photon in drei zu spalten und dabei einige sehr lange Wissenschaftler zu besiegen. Laut dem leitenden Forscher, Associate Professor Thomas, könnte die Arbeit den Weg für die Drei-Wege-Quantenkommunikation ebnen Jennewein wird „eine neue Grenze der Quantenoptik eröffnen und eine neue Klasse von Experimenten im Quantencomputing mit Photonen ermöglichen.“
Einem internationalen Team von Wissenschaftlern ist es gelungen, ein einzelnes Photon in drei zu spalten und dabei einige sehr lange Wissenschaftler zu besiegen. Die Arbeit könnte den Weg für die Drei-Wege-Quantenkommunikation ebnen, und laut leitendem Forscher Außerordentlicher Professor Thomas Jennewein wird „eine neue Grenze der Quantenoptik eröffnen und eine neue Klasse von Experimenten im Quantencomputing mit Photonen ermöglichen.“
Seit einiger Zeit gelingt es Wissenschaftlern, ein einzelnes Photon in zwei Teile zu spalten, indem sie ein einzelnes Photon durch eine spezielle Klasse optischer Kristalle schicken. Dadurch entsteht ein verschränktes Photonenpaar; jeder behält viele der Eigenschaften des anderen.
Ein verschränktes Paar ist in vielen Experimenten nützlich: Es ermöglicht eine sofortige und sichere Kommunikation zwischen zwei Parteien. Verschränkte Photonen sind auch nützlich bei optische Lithographie, wodurch es theoretisch möglich ist, mit nur einem Achtel der Wellenlänge des Lichts zu ätzen, das den Chip schnitzt.
Es wurde angenommen, dass eine ähnliche Technik eines dieser Tochterphotonen dann wieder in zwei Teile spalten könnte. Aber die Wahrscheinlichkeit, dass so etwas in der Natur passiert, liegt bei etwa eins zu einer Milliarde Milliarden. Nicht etwas, worauf der durchschnittliche Physiker warten würde, und etwas, das viele Jahre lang experimentell unerreichbar schien.
Aber dank der Fortschritte im Wellenleiterdesign kann das Team nun nach eigenen Angaben photonische Tripletts mit einer Rate von fast fünf pro Stunde erzeugen – bei einer Hintergrundrate von etwa einem alle zwei Stunden.
Von Nature.com: Das Team verwendete periodisch gepoltes Kaliumtitanylphosphat (PPKTP) und periodisch gepoltes Lithiumniobat (PPLN) – nichtlineare Kristalle, die effizienter sind als die in früheren Experimenten allgemein verwendeten – und einen Wellenleiter eingefügt in eins. Der Wellenleiter trägt dazu bei, die Optik entlang der Länge des Kristalls einzuschränken, um die Effizienz weiter zu steigern, sodass die Die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Photon in drei Teile aufspaltet, ist tausendmal größer – eine experimentell freundlichere in a Millionen Milliarden.
Der nächste Schritt besteht darin, herauszufinden, ob alle drei Photonen miteinander verschränkt sind, was zu interessanten Experimenten zur Drei-Wege-Quantenkommunikation führen könnte.
Die Arbeit wird in der Zeitschrift veröffentlicht Natur.