Harvard-Physiker haben in Boston das erste Quantencomputernetzwerk in einem Großstadtgebiet demonstriert. Das Ziel: Ein Quanteninternet, das sicher und rasend schnell Informationen überträgt.
Wie sehen die Computersysteme der Zukunft aus? Nutzen wir weiterhin Rechner, die den heutigen Ansätzen folgen oder steigen wir eines Tages alle auf hochmoderne Quantencomputer um? Zumindest letztere dürften sich in den kommenden Jahren weiter verbreiten. Damit dann auch die notwendige Infrastruktur zur Verfügung steht, demonstrierten Harvard-Physiker kürzlich das weltweit erste städtische Quantennetzwerk der Welt.
Dieses Netzwerk, das auf vorhandenen Telekommunikationsfasern im Großraum Boston basiert, repräsentiert einen bedeutenden Fortschritt in der Realisierung eines Quanteninternets. Experten versprechen sich davon eine Umgebung, in der Daten sicher und vor Dritten geschützt global durch Photonen in verschiedenen Quanten-Zuständen übertragen werden.
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Quanteninternet: Quantennetzwerk in Boston erstreckt sich über 35 Kilometer
Dem Team gelang es, zwei Quantenspeicherknoten über eine optische Faserverbindung zu verschränken. Diese verläuft über eine 35 Kilometer lange Schleife durch Cambridge, Somerville, Watertown und Boston. Die Knoten befinden sich in unterschiedlichen Stockwerken des Harvard Laboratory for Integrated Science and Engineering.
Es handelt sich um kleine Quantencomputer, die aus Diamantscheiben mit speziellen Defekten bestehen, die sogenannten Silizium-Vakanz-Zentren. Diese Zentren enthalten zwei Qubits. Den Elektronenspin verwendete das Team zur Kommunikation, während ein langlebigerer Kernspin als Speicher-Qubit fungierte.
Die Forscher steuerten beide Spins mit Mikrowellen-Impulsen. Die Diamant-Geräte sind nur wenige Millimeter groß und in Kühleinheiten untergebracht. Dort herrschen Temperaturen von bis zu minus 273 Grad Celsius.
Licht verschränkt sich bei minus 273 Grad Celsius
Der Einsatz von Silizium-Vakanz-Zentren als Quanten-Speichergeräte löst ein zentrales Problem des theoretisierten Quanteninternets. Denn häufig kommt es zu einem Signalverlust, den das System nicht wie bei herkömmlichen Netzwerken reduzieren kann. Daher fangen, speichern und verschränken diese Zentren die Quanteninformationen und korrigieren dabei Signalverluste.
Nach dem Abkühlen der Knoten auf den nahezu absoluten Nullpunkt sendet ein Laser Licht durch den ersten Knoten. Dieses verschränkt sich aufgrund der atomaren Struktur mit ihm. Das Projekt zeigt, dass wir Quanten-Netzwerkknoten in einer realen städtischen Umgebung verschränken können.
Das ist ein wichtiger Schritt, um eines Tages Netzwerke aus Quantencomputern zu entwickeln. Künftig will das Team daran arbeiten, die Leistung seines Netzwerks durch Hinzufügen weiterer Knoten und Experimente mit neuen Netzwerkprotokollen zu verbessern.
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