Neue Methode: Speichern von Quanteninformationen im Bereich der harten Röntgenstrahlung

BerlinEin Forscherteam von verschiedenen Institutionen, darunter die Texas A&M University und das Helmholtz-Institut Jena, hat eine neue Methode zur Speicherung und Freisetzung von Röntgenpulsen auf Einzelphotonenebene entdeckt. Diese in Science Advances veröffentlichte Entdeckung könnte zu bedeutenden Fortschritten in der Quantenvernetzung und -berechnung mit Röntgenphotonen führen.

Quanten-Speicher verwenden normalerweise optische Photonen und Atomgruppen. Dr. Olga Kocharovskaya und ihr Team haben jedoch entdeckt, dass die Nutzung von Kerngruppen statt Atomen zu einer längeren Speicherdauer führen kann. Dies funktioniert sogar in festen Materialien bei Raumtemperatur gut. Die längere Speicherdauer liegt daran, dass Kernübergänge weniger von äußeren Feldern beeinflusst werden, da Kerne kleiner sind.

Das neue Protokoll des Teams umfasst:

• Bewegliche nukleare Absorber erzeugen ein Frequenzkamm im Absorptionsspektrum.
• Ein kurzer Puls wird so abgestimmt, dass er mit dem Frequenzkamm der nuklearen Ziele übereinstimmt.
• Der Puls wird aufgrund der inversen Dopplerverschiebung verzögert wieder abgestrahlt.

Das Prinzip basiert auf der Frequenzänderung durch Bewegung, welche es ermöglicht, verschiedene Frequenzteile aufeinander abzustimmen. Um dies zu erreichen, nutzten sie eine Anordnung mit einem stationären Absorber und sechs beweglichen Absorbern, wodurch ein sieben-teiliges Frequenzmuster entstand.

Lesen Sie auch:

Heute · 12:21

Geheime Wasserbewegungen: Arimas unsichtbaren Seismikindikator entdecken

Diese Methode führt zu starken und langlebigen Quantspeichern. Der Einsatz nuklearer Kohärenz ermöglicht längere Speicherzeiten, da langlebigere Kernisomere effizienter genutzt werden können. Außerdem kann dieses Protokoll Informationen auf Einzelphotonenebene intakt halten, was es zu einem zuverlässigen Quantspeichersystem im Röntgenbereich macht.

Die Möglichkeiten sind enorm. Die Erweiterung der Quantentechnologien auf kurze Wellenlängen ist vielversprechend, da dadurch das Rauschen verringert wird, indem Schwankungen über viele Hochfrequenzzyklen ausgeglichen werden. Dies könnte zu genaueren und zuverlässigeren Systemen zur Verarbeitung quantitativer Informationen führen.

Die nächsten Schritte des Teams bestehen darin, gespeicherte Photonenwellenpakete bei Bedarf freizusetzen und Verbindungen zwischen verschiedenen harten Röntgen-Photonen zu schaffen. Diese Verbindungen, auch Verschränkung genannt, sind entscheidend für die Informationsverarbeitung in der Quantencomputing. Diese Forschung könnte die Entwicklung zukünftiger Quantencomputer und Netzwerke erheblich beeinflussen.

Der Erfolg des Teams bei der Demonstration ihrer Arbeit eröffnet neue Möglichkeiten in der Quantenoptik mit Röntgenenergien. Ihr flexibles und verlässliches Setup könnte eine wichtige Rolle bei der Weiterentwicklung von Quantentechnologien spielen, indem es die besonderen Eigenschaften von Röntgenphotonen nutzt, um wesentliche Fortschritte auf diesem Gebiet zu erzielen.