Et af årets legater fra VILLUM FONDENs Young Investigator Programme går til postdoc Jonas Schou Neergaard-Nielsen fra DTU Fysik. Legatet skal bruges til at udvikle en metode til at teleportere større mængder kvanteinformation, end det er muligt i dag. Det ultimative mål er lynhurtige og sikre kommunikationsnetværk.
Af Jonas Schou Neergaard-Nielsen og Anne Hansen
De fleste kender nok til teleportation, som noget, hvor mennesker på et splitsekund flyttes fra et sted til et andet i bedste Star Trek-stil. Mens alt kan lade sig gøre i fiktionens verden, er det dog på ingen måder muligt at teleportere mennesker i dag. Til gengæld anses teleportation for at være et af de vigtigste elementer i fremtidens lynhurtige og ubrydelige krypterede kommunikationsnetværk.
Endnu er teknologien på spædbarnsstadiet, hvor det blot er muligt effektivt at flytte information, der kun fylder en enkelt lyspartikel – også kaldet foton. Den begrænsning vil postdoc fra DTU Fysik Jonas Schou Neergaard-Nielsen nu forsøge at rykke. Jonas har netop modtaget et legat fra VILLUM FONDENs Young Investigator Programme på 4 millioner. Pengene skal bruges til at udvikle en metode til at transportere information fordelt på flere fotoner gennem flere separate lysstråler og efterfølgende samle informationen igen hos modtageren.
”Når man kommer ned i den submikroskopiske verden, hvor kvantemekanikken styrer, hersker der en helt anderledes logik end vi er vant til i vores makroskopiske virkelighed,” forklarer Jonas. ”Partikler kan for eksempel være her og der samtidig og de kan endda være ”sammenfiltret” med tvillingepartikler, sådan at de kan mærke alt, hvad der sker med hinanden, selv når de er adskilt på stor afstand.”
Teleportation skal erstatte lysledere
De spøjse kvantefænomener, især "her og der" (kvantesuperposition), kan forskerne udnytte til f.eks. at lave ubrydelig kvantekryptering og computere, der kan klare massive udregninger, som ville være uoverkommelige for normale supercomputere. Men for at få det optimale udbytte af sådanne kvantecomputere, skal de også helst kunne forbindes i netværk.
”Det mest oplagte ville være at forbinde computerne i et optisk fibernetværk, hvor kvanteinformationen overføres gennem individuelle fotoner. Men fotoner er skrøbelige og derfor går informationerne let tabt. Hvis vi i stedet laver en sammenfiltring af to tvillingelysstråler, der befinder sig hos henholdsvis afsender og modtager, kan afsenderen overføre sit kvantedata øjeblikkeligt til modtagerens lysstråle, uden at fotonerne fysisk skal rejse gennem fiberen,” fortæller Jonas og fortsætter:
”Kvanteteleportation har over 20 år på bagen og er blevet demonstreret eksperimentelt af mange forskellige forskningsgrupper. Der er dog stadig en del udfordringer, der skal tackles, før man kan anvende det i praksis. Blandt andet er det vanskeligt med høj præcision at teleportere kvantetilstande som "fylder" mere end en enkelt foton.
Det er det, som vi med dette projekt håber at finde en løsning på. I grove træk er ideen at fordele sådan en "fyldig" kvantetilstand ud på flere lysstråler, som hver især bliver teleporteret ved hjælp af en traditionel én-foton-teleporter. Hos modtageren samles de enkelte dele igen, så den oprindelige fler-foton-tilstand genskabes.”
”Det er et teknisk vanskeligt eksperiment, men hvis vi kan overkomme udfordringerne og forsøget lykkes, vil vi have demonstreret en metode som i fremtiden, når teknologien er moden, vil være et godt alternativ til andre teleportationstyper. Det vil ligge lige for at fortsætte forskningen med en demonstration af anvendelsen af teleportationen i et simpelt kvantecomputernetværk,” slutter Jonas.
Læs mere:
Om kvantemekanik, kvantecomputere og superpostioner – Videnskab.dk – 07.01.13
Om teleportation – Videnskab.dk – 05.11.12