Neue Dimensionen: Synthetische Photonik revolutioniert die Verarbeitung von Quanteninformationen

BerlinWissenschaftler am Institut national de la recherche scientifique (INRS) haben einen bedeutenden Fortschritt in der Quanteninformationsverarbeitung erzielt, indem sie synthetische photonische Dimensionen nutzten. Unter der Leitung von Professor Roberto Morandotti arbeiteten sie mit Teams aus Deutschland, Italien und Japan zusammen und entwickelten eine neue Methode zur Steuerung von Quantenzuständen des Lichts. Ihre Forschung, veröffentlicht im Fachjournal Nature Photonics, stellt ein System vor, das synthetische photonische Gitter verwendet, um Photonen effizienter zu verwalten und zu erkennen.

Wichtige Aspekte dieser Entdeckung umfassen:

• Die Entwicklung eines synthetischen photonischen Gitters zur Manipulation von Quantenzuständen.
• Die Nutzung von Quantenläufen zur Verarbeitung hochdimensionaler Photonenverschränkungen.
• Die Kompatibilität mit vorhandener Telekommunikationsinfrastruktur.

Eine neue Methode untersucht die Quantenläufe, die in den letzten 20 Jahren eine bedeutende Rolle in der Weiterentwicklung der Quantencomputing-Technologie gespielt haben. Quantenläufe ähneln klassischen Zufallsprozessen, jedoch in einem quantenmechanischen Umfeld, und tragen zur Beschleunigung und Komplexitätsreduktion von Algorithmen bei. Die Forscher verwenden synthetische photonische Netzwerke, um quantenmechanische Phänomene genauer zu erforschen. Diese Systeme nutzen synthetische Dimensionen für eine effiziente Datenverarbeitung, indem sie herkömmliche Glasfaser-Technologie einsetzen, die mit der standardisierten Telekommunikation kompatibel ist.

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Synthetische photonische Dimensionen bieten Forschern die Möglichkeit, Quantenverhalten wie Paritäts-Zeitsymmetrie und den lichtfluss wie bei einem Superfluid zu simulieren. Diese Konzepte wurden früher vor allem in nicht-quantenbasierten Technologien eingesetzt, doch aktuelle Studien zeigen, dass sie auch im Bereich der Quantenanwendungen nützlich sein könnten. Mit diesem System lässt sich sowohl klassisches Licht als auch verschränktes Licht gleichzeitig kontrollieren. Diese Fähigkeit könnte Bereiche wie Quantencomputing, Quantemessungen und sichere Quantenkommunikation revolutionieren, indem sie die Leistung verbessert und die Infrastrukturkosten senkt.

Quanten-Systeme erreichen hohe Leistungsniveaus, ohne dass eine komplett neue Infrastruktur erforderlich ist. Sie lassen sich problemlos mit bestehenden und zukünftigen Telekommunikationssystemen verbinden. Dies erleichtert die Einrichtung dieser Systeme und trägt zur Sicherung von Quanten-Netzwerken für den Versand persönlicher Daten bei.

Diese Forschung geht über die Verbesserung der Telekommunikation hinaus; sie zeigt, dass quantentechnologien bald leichter nutzbar und anwendbar sein könnten. Der Fokus auf faserbasierte Lösungen integriert sich nahtlos in bestehende Telekommunikationssysteme und weist auf bedeutende Fortschritte in Richtung praktischer Anwendungen von Quantentechnologien hin. Die Arbeit des INRS-Teams stellt einen wichtigen Schritt dar, um komplexe Quantenprozesse mit alltäglicher Technologie zu verbinden.