Kwantumnetwerk kan nu toe met ongekoelde knooppunten

Het vangen van fotonen in een 'vapor cell' was al langer mogelijk. In experimenten werd dan laserlicht op zo'n element gestraald en bleven volgens een statistische verdeling tussen de nul en drie fotonen in de vapor cell gevangen. Om deze store-and-forward succesvol te kunnen gebruiken in een kwantumnetwerk is het echter belangrijk precies één foton te vangen.

Onderzoekers van de universiteit van Basel hebben nu een methode ontwikkeld waarmee precies één foton per keer uit een foton-genererende bron kan worden afgevuurd. Essentieel bij deze nieuwe methode is een controlelaserstraal die tegelijk vuurt met het vrijkomen van het kwantumfoton. Die enkele foton wordt aan de andere kant van een glasvezelverbinding opgevangen in het 'kwantumgeheugen'. Dit zorgt in combinatie met de controlelaserstraal dat meer dan een miljard rubidium atomen in een superpositie status komen, een van de twee energieniveaus die de atomen kunnen aannemen.

Het ene foton gaat bij die actie verloren, maar de kwantuminformatie wordt bewaard in de rubidium-atomen. Met een kleine puls van de controlelaser kan die informatie weer worden uitgelezen, waarbij weer de omzetting naar een foton plaatsvindt. Dit alles kan zonder dat het knooppunt tot extreem lage waarden wordt gekoeld.

Optimalisatie nog nodig

De bewaartijd in het knooppunt is nu nog heel kort, in de ordegrootte van enkele honderden nanoseconden Verruiming van die tijd is echter een kwestie van optimalisatie, verwachten de onderzoekers. Ook nog een punt van aandacht is de ruis die ontstaat bij het uitlezen van de rubidium-atomen. Die kan voor zorgen voor verminderde kwaliteit van het doorgestuurde foton. Maar ook daar is zicht op verbetering.