Towards quantum teleportation with remote quantum dots

Christian Schimpf

angefertigt am Institut für Halbleiter- und Festkörperhysik der JKU

Dass seit dem letzte Jahrhundert Glasfaserkabel mit ihren hohen Übertragungsraten und geringen Verlusten über weite Distanzen stetig an Wichtigkeit in der Kommunikationstechnologie gewinnen, ist bekannt. Licht hat uns aber auch die Tür zu einer viel größeren Revolution geöffnet, und zwar zur Informationsübertragung im Rahmen der Quanten-Technologie: Klassische Bits sind “True” oder “False”, die Photonen (hingegen zeigen Eigenschaften, die gleichermaßen “wahr und falsch” sein können: man spricht von “flying qubits” (Quanten Bits).

Unser Schulwissen über solche “Lichtteilchen” basiert meist auf halb-klassischen Modellen, selbst Laserlicht ist auf diese Art recht gut beschreibbar. Wirklich “schräg” wird es aber in der Welt der sogenannten Einzel-Photonen und Einzel-Photonen-Paare. Hier kommen die uns ungewohnten Quantenphänomene voll zu tragen.

Viele Anwendungen der Zukunft bauen auf diesen erstaunlichen Eigenschaften auf, wie etwa der Quantencomputer oder perfekt abhörsichere Kommunikations-Netzwerke.

Photons, as “flying qubits” in quantum channels, give rise to a manifold of advanced applications in quantum information science [1] , quantum communication and crytography and quantum computation [2]. A prominent representative is the already employed quantum key distribu- tion [3] [4]. These applications exploit the quantum properties of qubits, making them inherently safe against eavesdropping. Any attempt of intercepting a signal from the sender (we call her “Alice”) to the receiver (“Bob”) by the eavesdropper (“Eve”) perturbs the qubit, which can be noticed by special communication protocols [5] . However, even the best optical transmission techniques, commonly glass fibers, suffer of a certain damping, currently limiting the maximum range to about 200 km. Any attempts of “classical amplification”, which would require measur- ing the signal and reproducing it subsequently, spoils the safety of the whole communication chain: Eve could simply replace the classical amplification node without being detected.