Natuurkundigen van de Universiteit van Basel hebben een geheugen ontwikkeld dat fotonen kan opslaan. Deze kwantumdeeltjes reizen met de snelheid van het licht en zijn dus geschikt voor snelle gegevensoverdracht. De onderzoekers konden ze opslaan in een atomaire damp en ze later opnieuw uitlezen zonder hun kwantummechanische eigenschappen al te veel te veranderen. Deze geheugentechnologie is eenvoudig en snel en zou in een toekomstig kwantuminternet kunnen worden toegepast. Het journaal Fysieke beoordelingsbrieven heeft de resultaten gepubliceerd.

Zelfs vandaag, snelle gegevensoverdracht in telecommunicatienetwerken maakt gebruik van korte lichtpulsen. Ultrabreedbandtechnologie maakt gebruik van glasvezelverbindingen waarmee informatie met de snelheid van het licht kan worden overgedragen. Aan het einde van de ontvanger, de verzonden informatie moet snel en foutloos worden opgeslagen, zodat deze verder elektronisch op computers kan worden verwerkt. Om verzendfouten te voorkomen, elk stukje informatie is gecodeerd in relatief sterke lichtpulsen die elk minstens enkele honderden fotonen bevatten.

Voor meerdere jaren, onderzoekers over de hele wereld hebben gewerkt aan het exploiteren van dergelijke netwerken met enkele fotonen. Het coderen van één bit per foton is niet alleen erg efficiënt, maar het maakt ook een radicaal nieuwe vorm van informatieverwerking mogelijk op basis van de wetten van de kwantumfysica. Deze wetten laten een enkel foton toe om niet alleen de toestanden 0 of 1 van een klassiek bit te coderen, maar ook om een ​​superpositie van beide toestanden tegelijkertijd te coderen. Dergelijke kwantumbits vormen de basis voor kwantuminformatieverwerking die in de toekomst onvoorwaardelijk veilige communicatie en supersnelle kwantumcomputers mogelijk zou kunnen maken. De mogelijkheid om afzonderlijke fotonen op te slaan en op te halen uit een kwantumgeheugen is een sleutelelement voor deze technologieën, die intensief wordt onderzocht.

Een team van natuurkundigen onder leiding van de professoren Philipp Treutlein en Richard Warburton van de Universiteit van Basel heeft nu een bijzonder eenvoudig en snel kwantumgeheugen ontwikkeld dat fotonen opslaat in een gas van rubidium-atomen. Een laser regelt de opslag- en ophaalprocessen. De gebruikte technologie vereist geen koelapparatuur of ingewikkelde vacuümapparatuur en kan worden geïmplementeerd in een zeer compacte opstelling. De onderzoekers konden ook verifiëren dat het geheugen een zeer laag ruisniveau heeft en geschikt is voor enkelvoudige fotonen.

"De combinatie van een eenvoudige opstelling, hoge bandbreedte en laag geluidsniveau is veelbelovend voor toekomstige toepassing in kwantumnetwerken, " zegt Janik Wolters, eerste auteur van de studie. De ontwikkeling van dergelijke kwantumnetwerken is een van de doelstellingen van het National Center of Competence in Quantum Science and Technology (NCCR QSIT) en van het EU-kaderprogramma voor onderzoek en innovatie die deze studie hebben gefinancierd. In de toekomst, kwantumnetwerken kunnen leiden tot onvoorwaardelijk veilige communicatie, het netwerken van verschillende kwantumcomputers en de simulatie van complexe fysieke, chemische en biologische systemen.