Von: Dennis L.
Multibit-Photonen

Quantensignale mit mehreren Bits pro Photon versendet

Forschern ist es erstmals gelungen ein Quantensignal mit mehreren Bits pro Photon durch die Luft zu übertragen. Das Besondere an dem Experiment: Die Forscher haben das manipulierte Photon über eine Entfernung von 300 Metern über den Dächern der Großstadt Ottawa verschickt.

Erstmals senden Forscher erfolgreich Multibit-Photonen durch die Luft einer Großstadt.
© Universität Ottawa

Ottawa (Kanada). Vermutlich wird der Quantenkommunikation die Zukunft gehören. Auch auf dem Gebiet der Quantenkryptografie wird derzeit intensiv geforscht, denn diese Verschlüsselungsmethode gilt als nahezu unhackbar. Ein weiterer Vorteil diese Kommunikationstechnologie ist, dass durch die Verschränkung von Photonen die Signale fast in Echtzeit den Empfänger erreichen – und das selbst über große Entfernungen und sogar zwischen Erde und Orbit.

zwei Bit pro Photon

Bislang wurde für die Quantenkommunikation ein Bit pro Photon übermittelt – also eine Eins oder eine Null. Doch wenn mehrere Eigenschaften des Photons manipuliert werden, lassen sich dadurch auch mehrere Bits pro Photon übertragen. Ebrahim Karimi von der Universität Ottawa und seinen Kollegen ist es nun gelungen, ein solch manipuliertes Photon erfolgreich zu versenden und in 300 Meter Entfernung wieder auszulesen.

Wie die Forscher im Fachmagazin Optical Society berichten, haben die Forscher ihre Laborinstrumente, welche unter anderem die verschränkten Photonen erzeugen, auf Hausdächern in der Stadt Ottawa installiert. Sie haben zunächst die Quantenzustände so manipuliert, das jedes Photon zwei Bits, also vier mögliche Signale, transportieren kann: 00, 01, 10 oder 11. Dieses Verfahren wird auch als 4D-Quantenkryptografie bezeichnet.

Quantenkommunikation quer durch Ottawa

Unter Laborbedingungen wurde das Verfahren bereits getestet. Nun wollten die Forscher herausfinden, ob die Quanteninformationen auch den Transport durch die Großstadt Ottawa überstehen würden – gerade da der Zustand der Verschränkung sehr störanfällig ist. Kleinste Turbolenzen in der Atmosphäre können die Verschränkung aufheben. „Einige Kollegen hielten unser Experiment daher für unmöglich“, so Karimi.

Dem Gegenwind zum Trotz gelang den Forscher das Experiment – und das sogar besser als erwartet. „Zum ersten Mal haben wir damit erfolgreich Botschaften mithilfe der hochdimensionalen Quantenverschlüsselung unter realen Stadtbedingungen verschickt“, erklärt Karimi.

Eine spätere Analyse ergab, dass die Fehlerquote bei lediglich elf Prozent lag. Damit lag sie deutlich unter 19 Prozent, bei denen eine sichere Übertragung der Informationen nicht mehr möglich ist.

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