Ressourcenschonendes Quantencomputing

Eine internationale Kollaboration unter der Leitung von Philip Walther von der Universität Wien hat einen bedeutenden Durchbruch in der Quantentechnologie erzielt: Die Forscher*innen demonstrierten mit einer neuartigen ressourceneffizienten Plattform erfolgreich die Quanteninterferenz zwischen mehreren einzelnen Photonen – ein bemerkenswerter Fortschritt im Bereich des optischen Quantencomputings, der den Weg für skalierbarere Quantentechnologien ebnet. Die Arbeit erscheint in der renommierten Fachzeitschrift Science Advances.

Die Interferenz zwischen Photonen, ein grundlegendes Phänomen in der Quantenoptik, dient als Eckpfeiler des optischen Quantencomputings. Dabei geht es darum, die Eigenschaften des Lichts, wie z. B. seinen Welle-Teilchen-Dualismus, nutzbar zu machen, um Interferenzmuster zu induzieren und so die Kodierung und Verarbeitung von Quanteninformation zu ermöglichen.

In traditionellen Multi-Photonen-Experimenten wird üblicherweise das sogenannte spatial encoding verwendet, bei dem Photonen in getrennten Pfaden manipuliert werden, um Interferenzen zu zeigen. Diese Experimente erfordern komplizierte Aufbauten mit zahlreichen Komponenten, was sie resourcenintensiv und nur schlecht skalierbar macht. Das internationale Team, bestehend aus Wissenschafter*nnen der Universität Wien, des Politecnico di Milano und der Université libre de Bruxelles, entschied sich dagegen für einen Ansatz, der auf temporaler Kodierung basiert. Diese Technik manipuliert das zeitliche Auftreten der Photonen und nicht ihre räumliche Statistik.

Um diesen Ansatz zu realisieren, entwickelten sie am Christian-Doppler-Labor der Universität Wien eine innovative Architektur, die einen "Looping" aus einer Glasfaser nutzt (Abb.1). Dieses Design ermöglicht die Verwendung derselben optischen Komponenten für alle Photonen und damit auch eine effiziente Multiphotoneninterferenz mit minimalen optischen Komponenten. 

Erstautor Lorenzo Carosini von der Universität Wien erklärt: "In unserem Experiment haben wir Quanteninterferenz zwischen bis zu acht Photonen beobachtet, was den Umfang der meisten existierenden Experimente übertrifft. Dank der Vielseitigkeit unseres Ansatzes kann sogar das Muster, wie die Interferenz erzeugt wird, neu konfiguriert sowie die Größe des Experiments skaliert werden, ohne den optischen Aufbau zu ändern."

Die Ergebnisse zeigen die signifikante Verbesserung der Ressourcennutzung im Versuchsaufbau im Vergleich zu traditionellen räumlichen Kodierungsansätzen und ebnen den Weg für zugänglichere und skalierbarere Quantentechnologien. 

Originalpublikation:   

L. Carosini, V. Oddi, F. Giorgino, L. M. Hansen, B. Seron, S. Piacentini, T. Guggemos, I. Agresti, J. C. Loredo, and P. Walther. Programmable multi-photon quantum interference in a single spatial mode. Science Avances.
DOI: 10.1126/sciadv.adj0993

Abbildung:

Abb. 1: Ressourceneffizienter Multi-Photonen-Prozessor auf Basis eines Loopings mit einer Glasfaser. C: Marco Di Vita

Award-Nominierung für Spin-Off zu quantensicherer digitaler Zahlung

Der Quantenphysiker Philip Walther ist mit seinem Spin-off QUBO Technology GmbH einer von drei Nominierten der Universität Wien für den diesjährigen Science & Business Award. Der S&B Award des Rudolf Sallinger Fonds wird am 16. Mai 2024 vergeben und prämiert Kommerzialisierungsideen, die auf einer wissenschaftlichen Leistung beruhen. 

QUBO Technology GmbH will gemeinsam mit einem Industriekonsortium aus der Zahlungsindustrie die weltweit erste Quantenzahlung in Wien durchführen.

Da Quantencomputer schon bald bestehende Verschlüsselungen knacken können werden, ist bei digitalen Zahlungen ein neuer Sicherheitsstandard dringend nötig. Aufgrund bahnbrechender Forschung an der Universität Wien, die im renommierten Fachjournal "Nature Communications" veröffentlicht wurde, kann erstmals Quantenkryptographie auf Basis von Lichtteilchen zur Sicherung der Zahlungswelt herangezogen werden.

Mehr Info: 

www.sallingerfonds.at

www.medienportal.univie.ac.at

Wie sieht ein Quantencomputer aus? Philip Walther bei der Langen Nacht der Forschung am 24. Mai

Die Universität Wien ist mit über 100 Stationen an vier Standorten bei der Langen Nacht der Forschung am 24. Mai mit dabei. Im Hauptgebäude, an der Fakultät für Chemie, der Sternwarte und im Biologiezentrum veranschaulichen Forscher*innen mit Hands-on-Aktivitäten und Vorführungen das faszinierende Zusammenspiel von Wissenschaft und Erkenntnis. 

Wie sieht ein Quantencomputer aus? Interessierte begeben sich mit dem Team von Quantenphysiker*innen rund um Philip Walther auf eine Reise an die Grenze der wissenschaftlichen Innovation. 

Den Überblick zum gesamten Uni Wien-Programm am 24. Mai, 17:00 bis 23:00 Uhr, erhalten Sie unter go.univie.ac.at/lnf24.