Diamanter kan fungere som mellemstationer for kvantekommunikation

Forskere fra Harvard University og Københavns Universitet beretter i denne uge i Nature, at det er muligt at forbinde kvanteinformation fra lys med et fast atom.

»Det er første gang nogensinde, det er lykkedes, og det er et vigtigt skridt på vejen til kvantekommunikation over lange afstande,« forklarer Anders Sørensen for Center for Kvanteoptik på Niels Bohr Instituttet, Københavns Universitet.

Kvanteinformation der baseres på lys der sendes gennem optiske fibre adskiller sig fra almindelig optisk kommunikation ved, at informationen overføres via enkelte fotoner. De kan nemt gå tabt undervejs, så en løsning vil være at kunne lagre informationen med passende mellemrum i en slags mellemstation og herfra sende den videre.

Andre forskere har vist, at en sådan mellemstation i princippet kan laves med gasatomer, hvor det er muligt at udnytte kvanteeffekter til et opnå en form sammenfiltring (entanglement) af fotonen og atomet. Herved kan man senere genudsende en foton fra atomet ved den samme egenskaber som den oprindeligt indkommende foton.

»Men et gasatom svæver frit, og det er besværligt at fastholde det, så man kan ramme det,« siger Anders Sørensen.

Sammen med forskere ved Harvard University har han derfor undersøgt muligheden for at bruge nitrogenatomer, som findes som små urenheder i diamant.

Forskerne udnytter bl.a., at nitrogenatomet ved belysning med en laser med en bølgelængde på 532 nanometer, kan bringes i en eksiteret tilstand, hvorfra det kan henfalde til forskellige spintilstande ved udsendelse af ortogonalt polariserede fotoner, så der opnås spin-foton entanglement.

Dokumentation

Quantum entanglement between an optical photon and a solid-state spin qubit