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Quanteninternet rückt näher: Forscher verschränken zwei räumlich getrennte Speicher miteinander

  • Sie sind schneller und leistungsfähiger als herkömmliche Rechner – und möglicherweise fester Bestandteil unserer Zukunft: Quantencomputer.
  • Auch in Deutschland wird die Entwicklung entsprechender Technologien vorangetrieben.
  • Einer spanischen und einer chinesischen Forschergruppe ist es gelungen, zwei räumlich getrennte Quantenspeicher zu verschränken.
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Einer spanischen und einer chinesischen Forschergruppe ist es gelungen, zwei räumlich getrennte Quantenspeicher miteinander zu verschränken. Dies gilt als wichtiger Schritt auf dem Weg zu Quantenverstärkern, die für den Aufbau eines Quanteninternets bedeutsam sind. Die Studie der Teams um Hugues de Riedmatten vom Institute of Photonic Sciences (ICFO) in Castelldefels (Spanien) sowie um Zong-Quan Zhou und Chuan-Feng Li von der University of Science and Technology of China in Hefei (China) ist im Fachmagazin „Nature“ erschienen.

„Diese Idee entstand vor mehr als zehn Jahren und ich freue mich sehr, dass sie jetzt im Labor erfolgreich ist“, wird de Riedmatten in einer Mitteilung seines Instituts zitiert. Die Forscherinnen und Forscher bauten zwei gleiche Netzwerkknoten in zwei Laboren auf, die zehn Meter voneinander entfernt waren. Sie bestehen jeweils aus einem speziellen Kristall als Quantenspeicher, einer Quelle für verschränkte Photonen (Lichtteilchen) mit einem spezifischen Laser und verschiedenen optischen Bauteilen. Wenn verschränkte Photonen ausgesendet werden, hält der Quantenspeicher eines der beiden kurzzeitig fest, das andere, Boten-Photon genannt, gelangt über eine Glasfaserleitung zu einer Messeinrichtung.

Diese Messeinrichtung liegt in der Mitte zwischen den beiden Knoten. In einem Strahlteiler werden die Quanteninformationen über die Herkunft des jeweiligen Boten-Photons ausgelöscht, so dass nicht mehr festgestellt werden kann, vom welchem der beiden Geräte es stammt. Auf diese Weise befindet sich das mit dem Boten-Photon verschränkte Photon in einem Überlagerungszustand in beiden Quantenspeichern gleichzeitig. Die Quantenspeicher sind dadurch miteinander verschränkt. Für 25 Mikrosekunden (millionstel Sekunden) konnte das Team das Photon in diesem Zustand halten.

Ziel ist nun eine Verschränkung von Quantenspeichern über 35 Kilometer hinweg

Die Forscherinnen und Forscher zeigten, dass die Verschränkung zwischen den Quantenspeichern stabil ist. Noch bevor die Messung des Boten-Photons die Verschränkung im Messgerät anzeigte, brachten sie weitere verschränkte Photonen im Quantenspeicher unter. Innerhalb der 25 Mikrosekunden konnten sie 62 zeitliche Modi unterbringen, was in etwa dem Multiplexverfahren – der Bündelung von Signalen – bei der klassischen Signalübertragung entspricht.

„Die nächsten Schritte bestehen darin, das Experiment außerhalb des Labors zu bringen, zu versuchen, verschiedene Knoten miteinander zu verbinden und die Verschränkung über viel größere Entfernungen zu verteilen“, betont de Riedmatten. Geplant ist eine Verschränkung von Quantenspeichern über 35 Kilometer hinweg, zwischen Barcelona und Castelldefels.

Bundesregierung investiert in Quantencomputer

Die chinesische Forschergruppe wählte einen sehr ähnlichen Versuchsaufbau und erhielt vergleichbare Ergebnisse. „Der Einsatz von absorbierenden Quantenspeichern soll in Zukunft zu einem hocheffizienten Quantenverstärker und einem Quantennetzwerk führen“, wird Zong-Quan Zhou in einer Mitteilung der University of Science and Technology of China zitiert. Allerdings hat das spanische Physikerteam den Vorteil, dass sie für das Boten-Photon die Wellenlänge von 1436 Nanometern (millionstel Millimetern) verwendet haben. Eine solche Wellenlänge wird auch in der aktuellen Telekommunikation genutzt, so dass das Verfahren mit vorhandenen Netzwerken kompatibel ist.

Auch in Deutschland werden die Anstrengungen auf dem Gebiet der Quantencomputer verstärkt. So verkündete die Bundesregierung im Mai, dass sie rund zwei Milliarden Euro für die Forschung zur Entwicklung von Quantencomputern bereitstellen wird. Während ein gewöhnlicher Computer Informationen in Bits mit den Zuständen 0 und 1 speichert, überlagern sich in einem Quantenbit (Qubit) diese beiden Zustände. Theoretisch sind Quantencomputer deshalb um ein Vielfaches schneller und leistungsfähiger als herkömmliche Rechner.

RND/dpa

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