Der Weg zum Quanteninternet: Atomare Einzelemitter in optischen Resonatoren

ZusammenfassungQuantennetzwerke ermöglichen eine Vielzahl interessanter Anwendungen und sind daher Gegenstand intensiver Grundlagenforschung. Grundsätzlich benötigen sie für die Kommunikation fliegende Quantenbits, wofür sich Photonen am besten eignen. Eine freie Übertragung durch die Atmosphäre, auch via Satellit, funktioniert zwar über große Distanzen, hängt aber zum Beispiel vom Wetter ab. Glasfasernetze bieten eine attraktive Alternative. Allerdings ermöglichen die Verluste in ihnen eine Übertragung über maximal 100 km. Die Lösung bieten Netzwerk‐Knoten mit stationären Quantenbits in Form von einzelnen Atomen. Das Grundprinzip ist bereits im Labor demonstriert. Ein Beispiel sind Erbium‐Dotieratome in Silizium‐ oder Silikatkristallen, die als stationäre Quantenbits über ihre individuelle Frequenz einzeln adressierbar sind. Der Einbau eines solchen Kristalls in einen Fabry‐Perot‐Resonator erhöht die Effizienz der Licht‐Materie‐Wechselwirkung. Bis mit solchen Netzwerkknoten ein globales Quanteninternet realisiert werden kann, sind allerdings noch große Hürden zu überwinden.