Kvantinformation & Kvantoptik
Quantum Information & Quantum Optics

Vår forskning


Om bekant, har kvantfysiken försett oss med en rad olika tillämpbara förklaringar på hur naturen fungerar. Ett exempel av det är superpositionsprincipen. Den anger att ett fysikalisk tillstånd inte bara kan anta ett i raden av möjliga tillstånd utan även ett mellanting mellan dessa. Vidare har vi begreppet komplementaritet som anger att vi aldrig kan observera ett tillstånd fullständigt utan att störa tillståndet i sig. Den kanske mest anmärkningsvärda konsekvensen av superpositionsprincipen är de fenomenen som gett upphov till begreppet intrasslade (entangled) partiklar, partiklar som är kvantfysikaliskt korrelerade på ett sådant sätt som gör att om man mäter en av dem så vet man genast vilka utfall som är möjliga vid en mätning av de övriga. Detta sker oberoende av avståndet emellan partiklarna. En annan effekt som följer av komplementaritetsbegreppet är att inga okända kvantfysikaliska tillstånd kan kopieras perfekt.


©KIKO

©KIKO






©KIKO

Det nya vetenskapsområdet: kvantinformation definieras som en sammansättning av informationsteori och kvantfysik. Vad händer när vi lagrar och processar information i kvantfysikaliska system? Det har bl.a. annat visat sig att den kan ge oss en fullständigt säker kommunikation, s.k. kvantkryptering som innebär att vi kan distribuera krypteringsnycklar på ett helt säkert sätt. Det har också gett oss teleportering med vilket vi kan överföra okända kvantillstånd från en plats till en annan utan att skicka tillståndet själv. Detta vetenskapsområde har under de senaste åren lett till många framgångsrika resultat i olika experiment, framförallt inom den del av kvantoptiken som utforskar fysiken hos ljuspartiklar dvs. fotoner. Fotoner utgör det bästa valet för kvantinformation. De kan överföras med små dämpningsförluster både i optiska fiber och i "free space". Forskningsprojekten består av tre delar:

(i) Säker kvantkommunikation mellan flera parter än två (vilket än så länge är mycket lite undersökt) som är av en stor betydelse eftersom det moderna informationssamhället ställer höga krav på säker kommunikation mellan grupper.

(ii) Kvantkommunikation mellan flera platser (mer är två).

(iii) Komplexitet inom kvantkommunikation som utforskar hur kvantkommunikation kan göras mer effektiv med hjälp av intrasslade partiklar. För det behöves bl.a. att vidareutveckla de matematiska måtten på intrasslingsgraden. Det har redan definierats för tvåpartikelsystem och bör vidareutvecklas för att gälla för flerparikelsystem.

(iv) Interaktion mellan fotoner och materia är av ett stort vetenskapligt intresse då fotoner är mycket lämpade som bärare av information samtidigt som tunga partiklar (sådana som atomer och joner i fast-tillstånd) är mycket lämpade för grindoperationer och kvantminnen. Vi utforskar dessa problem i samarbete med olika forskargrupper inom fast-tillståndsfysik.

Avslutningsvis är vi övertygad om att våra studier kommer att bidra till en ökad förståelse av kvantsystem och dess informationsbärande roll i allmänhet och för säker kvantkommunikation mellan flera användare i synnerhet. Kvantinformationsteknologier är av stort intresse inom både fysik och biometrik och kommer definitivt att finna tillämpningar inom metrologi.