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Quanten-Internet: Neuer Rekord bei verschränkten Quantenspeichern

Per Glasfaser durch die halbe Stadt: Chinesische Forscher vereinen zwei Quantenspeicher in 50 Kilometer Entfernung zu einem einzigen verschränkten System. Das ist 40-fach weiter entfernt als beim vorherigen Rekord.
Die Umrisse eines Straßenzuges in farbigen Nullen und Einsen. Allerdings in Violett statt Grün, damit man nicht sofort sieht, welche Idee da übernommen wurde.Laden...

Ein funktionierender Quantencomputer ist ja schön und gut, aber was ist eigentlich mit dem Quanten-Internet? Dafür muss man, ähnlich wie die Qubits in einem einzelnen Quantencomputer, Quantenspeicher und Quantenprozessoren miteinander verschränken – und zwar über sehr lange Strecken. Eine chinesische Arbeitsgruppe um Jian-Wei Pan von der University of Science and Technology of China in Hefei hat nun mit einem neuen Ansatz den alten Rekord um fast das 40-Fache überboten. Bis zu 50 Kilometer weit voneinander entfernte Quantenspeicher brachte das Team in diesen quantentypischen Überlagerungszustand, berichtet es in »Nature«.

Die Speicher sind in diesem Fall gekühlte Atome des Elements Rubidium in einem niedrigen Energiezustand. Koppelt man zwei solcher Atome mit quantenverschränkten Photonen, werden sie dadurch zu einem gemeinsamen Quantensystem. Das ist erst mal nicht allzu kompliziert – wird es aber über längere Strecken. Je weiter die Photonen reisen müssen, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass das System gestört und damit zerstört wird. Der bisherige Entfernungsrekord für zwei verschränkte Quantenspeicher lag bei 1,3 Kilometern.

Es ist nicht der erste Quanten-Entfernungsrekord für Pan und seine Arbeitsgruppe. 2017 sandte das Team verschränkte Photonen insgesamt 1200 Kilometer zu einem Satelliten in der Erdumlaufbahn und zurück. Verschränkte Atome per Glasfaserkabel zu verbinden, ist allerdings eine etwas schwierigere Übung. Die Gruppe nutzte einen Effekt namens Hohlraumverstärkung, durch den nach ihren Angaben nicht nur Rauschen und andere Störungen reduziert werden, sondern sich auch die gespeicherte Quanteninformation besser auslesen lässt.

Die Frequenz der verschränkten Photonen passte das Team an die Bedürfnisse der Glasfaserverbindung an, um sie zwischen den Quantenspeichern zu übertragen. In einem der Experimente verschränkten die Forscher zwei dieser Systeme durch Zwei-Photonen-Interferenz über eine Strecke von insgesamt 22 Kilometern quer durch die Stadt Hefei, im anderen Versuch erreichten sie sogar 50 Kilometer. In diesem Fall allerdings nur mit einem Photon und durch eine im Labor liegende Rolle Glasfaserkabel. Nach ihrer Ansicht wäre es mit solchen Systemen möglich, ein Quantennetzwerk über lange Strecken zu bauen – sofern die Quantenspeicher die verschränkten Zustände lange genug bewahren.

08/2020

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 08/2020

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