Ytterbium: Revolutioniert langdistanz Quantum Networks

• Ytterbium-basierte Materialien amplifizieren Quantum Signals für Diffusion über lange Distanzen.
• Material bewahrt Photonen (tragen Quantum Data) vor externen Störungen für Synchronisation.

Quantum Cryptography: Versuch, Users Communication via sicherere Techniken als konventionelle Kryptographie zu ermöglichen. Aktuell: Optical Fiber über Hunderte Meilen – ermöglicht kryptografische Tasks, die mit traditionellen Communication Systems unmöglich bewiesen sind.

Signal in Quantum State nicht kopierbar: Leseversuch ändert State (verschwinden). Aber genau dies verhindert Amplifikation des Signals für längere Distanzen. Hauptchallenge: Memory, das Quantum Data carried by Light halten kann.

Forscher an University of Geneva (Schweiz): Element gefunden, das fragile Quantum Data ohne Verzerrung bei hohen Frequenzen speichern kann.

Suche nach richtigem Material für Quantum Memory

Weltweit Arbeit an Quantum Memories: Repeat Quantum Signals durch Halten & Synchronisieren von Photonen → Propagation über längere Distanzen.

Für solche Quantum Memories: Material nötig, das Photonen (tragen Quantum Data) für wenige Sekunden vor externen Störungen bewahrt → Synchronisation möglich.

Photonen reisen 186.282 Meilen/Sekunde → Material muss gut isoliert von Environment Disturbances UND effizient bei hohen Frequenzen operieren – zwei Features, schwer in einem Material zu finden.

Bestehende Prototypen: seltene Materialien (Praseodym, Europium) – nicht sehr effizient. Forscher wenden sich Element zu, nicht intensiv studiert: Ytterbium.

Referenz: Nature Materials | doi:10.1038/s41563-018-0138-x | University of Geneva

Nutzen von Ytterbium

Entdeckung: Ytterbium isoliert Atome von Surroundings, die Signal verzerren → perfekter Kandidat für Quantum Repeaters.

Team fand „Magic Point“ durch Variation von Richtung & Amplitude des Magnetfelds. An diesem präzisen Punkt: Coherence Times von Ytterbium-Atomen 1.000x erhöht, bei High-Frequency-Betrieb.

Ytterbium-Kristall gekühlt auf -270,15 °C

Gezigt: Simultane Enhancement von Spin- & Optical Coherence Times möglich – durch Reduktion Transition Gradients via extrem niedrige Magnetic Bias Fields oder Induced Clock Transitions bei Zero Field. Anwendbar auf jedes Electronic Spin System mit Hyperfine Interactions & Anisotropic Zeeman.

Forscher entwickeln Quantum Memories basierend auf Ytterbium: schnelle Transitions zwischen Repeatern bei Halten Photon State für ~1 Sekunde → Synchronisation ermöglichen.

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Material: Numerous Unique Properties – Optically Resolved Optical-Hyperfine Transitions, Simple Hyperfine Manifold, Long Coherence Times → perfekter Kandidat für Quantum Data Applications. Auch nutzbar für Quantum Memories & Coupling zu Superconducting Qubits in Microwave Regime.