Bahnbrechende neue Entdeckung: Datentransfer durch Quantenbeamen ist Realität geworden!

Wie Donanımhaber berichtet, haben Quantencomputer zwar das Potenzial, die wissenschaftliche Welt zu revolutionieren, doch für einen großflächigen Einsatz müssen noch viele technische Hürden überwunden werden. Forscher der Universität Oxford könnten nun jedoch eine wichtige Schwelle in diesem Bereich überschritten haben. Laut einem in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Artikel ist es den Wissenschaftlern gelungen, eine Datenübertragung zwischen zwei Quantencomputern mittels Quantenbeamen durchzuführen.

ENTFERNUNGEN VERLIEREN AN BEDEUTUNG

Bei dem Experiment wurden die beiden Quantencomputer in einem Abstand von etwa zwei Metern aufgestellt. Die Forscher betonen jedoch, dass die Entfernung theoretisch keine Rolle spielt. Dank der Quantenverschränkung wird davon ausgegangen, dass ein weltweites oder sogar interplanetares Quantennetzwerk möglich sein könnte.

Dieser Fortschritt bedeutet auch einen großen Schritt in Richtung Skalierbarkeit von Quantencomputern. Während herkömmliche Computer Transistoren verwenden, arbeiten Quantencomputer mit Einheiten, die als Qubits bezeichnet werden.

Im Gegensatz zum binären System (1 und 0) klassischer Computer können Qubits mehrere Zustände gleichzeitig darstellen. Diese Eigenschaft ist insbesondere für komplexe Berechnungen revolutionär.

Allerdings verfügen heutige Quantencomputer noch nicht über eine ausreichende Anzahl an Qubits und ausreichend niedrige Fehlerraten für groß angelegte Berechnungen.

Aus diesem Grund arbeiten Forscher an der Idee, mehrere Quantencomputer miteinander zu verbinden, um ein größeres System zu schaffen. Ähnlich wie bei verteilten Rechensystemen in herkömmlichen Computern könnte es möglich sein, durch die Zusammenführung von Qubits auf verschiedenen Maschinen leistungsfähigere Rechensysteme aufzubauen.

NEUE KOMMUNIKATIONSVERBINDUNG: QUANTENVERSCHRÄNKUNG

Herkömmliche Computer nutzen für die Datenkommunikation elektrische Signale oder drahtlose Netzwerke. Quantencomputer können jedoch nicht direkt mit klassischen Datenkommunikationsmethoden kommunizieren. Stattdessen wird ein Phänomen namens Quantenverschränkung (Entanglement) genutzt.

Quantenverschränkung beschreibt eine geheimnisvolle Verbindung zwischen zwei Quantenobjekten. Wenn der Zustand eines Objekts gemessen wird, nimmt das andere, damit verschränkte Objekt sofort denselben Zustand an.

Wenn wir dies nun auf Quantenrechensysteme übertragen, sehen wir, dass wir die erwähnte unzureichende Anzahl an Qubits überwinden können, indem wir zwei oder mehr Systeme miteinander verschränken.

Ein solches Quantennetzwerk könnte die zusätzlichen Qubits bereitstellen, die für die Ausführung komplexerer Programme und Prozesse erforderlich sind. Zudem ermöglichen verschränkte Daten genauere Berechnungen. Das Auslesen von Informationen aus einem Quantencomputer und deren Übertragung an eine herkömmliche Maschine, die wir interpretieren können, führt zu einer höheren Fehlerrate; diese Fehlerrate stellt seit geraumer Zeit ein Hindernis dar.

70 PROZENT GENAUIGKEIT

Um den erwähnten Durchbruch zu erzielen, erstellten die Wissenschaftler zwei Ionenfallen, die durch ein zwei Meter langes optisches Kabel miteinander verbunden waren. Jede Falle enthielt ein Strontium- und ein Kalziumion. Während die Kalziumionen als Speichereinheit fungierten, übernahmen die Strontiumionen die Rolle der Schnittstelle für das Quantennetzwerk. Laser, die durch das optische Kabel gesendet wurden, initiierten den Verschränkungsprozess mittels Photonen.

Die Forscher entdeckten während des Experiments, dass die Verschränkung nicht bei jedem Laserschuss erfolgreich war, die fehlgeschlagenen Versuche jedoch den Zustand der Ionen nicht beeinträchtigten. Dadurch konnte das Experiment wiederholt werden, ohne neu gestartet werden zu müssen.

Zudem trat bei erfolgreicher Verschränkung eine messbare Photonenemission auf. Dies lieferte den Wissenschaftlern einen wichtigen Hinweis darauf, dass die Verschränkung erfolgreich stattgefunden hatte.

In den späteren Phasen des Experiments testeten die Wissenschaftler den Grover-Algorithmus unter Verwendung von Quantenbeamen. Die Analysen ergaben, dass das Quantennetzwerk erfolgreiche Berechnungen mit einer Genauigkeitsrate von 70 Prozent durchführte.

Die Forscher gaben an, dass die Fehlerraten nicht auf das Quantenbeamen, sondern auf lokale Hardwareprozesse zurückzuführen seien. Es wird davon ausgegangen, dass mit kommerzieller Quantenhardware höhere Genauigkeitsraten möglich sind.

QUANTENNETZWERKE UND IHRE ZUKÜNFTIGE ROLLE

Diese Entwicklung könnte den Grundstein für ultra-sichere und hochkapazitive Netzwerke legen, die in Zukunft als Quanteninternet bezeichnet werden. Die Gewährleistung einer fehlerfreien Datenübertragung zwischen Quantencomputern könnte Bereiche wie Kryptographie, künstliche Intelligenz, Big-Data-Analyse und Arzneimittelforschung revolutionieren.

Allerdings gibt es noch einige Hindernisse für diese Technologie. Obwohl das Konzept der Entfernung theoretisch wegfällt, sind die aktuellen Experimente auf optische Kabel beschränkt. Es bleibt unklar, wie effektiv die Glasfaserinfrastruktur über große Entfernungen aufgrund des Quantenrauschens sein kann.

WAS IST QUANTENBEAMEN?

Quantenbeamen basiert auf einem physikalischen Phänomen namens Quantenverschränkung. Verschränkung bedeutet, dass zwei Teilchen gleichzeitig den Zustand des jeweils anderen beeinflussen können, auch wenn sie weit voneinander entfernt sind.

Mit dieser Methode kann der Quantenzustand eines Teilchens auf ein anderes Teilchen übertragen werden.

Es findet hier jedoch kein Transfer eines physischen Teilchens statt; die Information wird dank der Verschränkung von einem Punkt zum anderen transportiert.