Informationen werden an einem Ort in ein System eingegeben. Ein Schalter wird umgelegt. Diese Informationen erscheinen sofort an einem anderen, meilenweit entfernten Ort. Es klingt wie Science-Fiction, ist aber auf dem Weg, Wirklichkeit zu werden. Das ist Quantenteleportation und könnte die Zukunft blitzschneller Kommunikation sein.
Der Ansatz beruht auf dem, was aufgerufen wird Quantenverschränkung – wo zwei Teilchen so miteinander verbunden sind, dass sie sich Zustände teilen. Der Zustand eines Teilchens wird vom anderen Teilchen widergespiegelt, und das Erstaunliche daran ist, dass dies unabhängig davon gilt, wie weit die Teilchen voneinander entfernt sind. Dies bedeutet, dass Paare verschränkter Teilchen verwendet werden können, um Informationen praktisch augenblicklich über große Entfernungen zu teleportieren.
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Zwischen dem theoretischen Verständnis der Quantenverschränkung und ihrer praktischen Nutzung für die Kommunikation liegt jedoch ein weiter Weg. Kürzlich konnten Forscher am Fermilab in Illinois jedoch eine nachhaltige Quantenteleportation über eine Distanz mit guter Genauigkeit nachweisen. Sowohl Entfernung als auch Wiedergabetreue sind wichtig für die Entwicklung nutzbarer Kommunikationstechnologie.
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Den Forschern gelang es, Quantenbits, sogenannte Qubits, mit einer Wiedergabetreue von über 90 % über 27 Meilen Glasfaserkabel zu senden. Die verwendete Hardware umfasste spezielle Geräte zur Detektion einzelner Photonen sowie handelsübliche Elektronikgeräte für die Glasfaservernetzung.
„Wir sind sehr stolz, diesen Meilenstein auf dem Gebiet der nachhaltigen, leistungsstarken und skalierbaren Quantenteleportation erreicht zu haben Systeme“, Maria Spiropulu, Shang-Yi Ch’en-Professorin für Physik am Caltech und Direktorin des IN-Q-NET-Forschungsprogramms, sagte in a Stellungnahme. „Die Ergebnisse werden durch System-Upgrades, die wir voraussichtlich bis zum zweiten Quartal 2021 abschließen werden, weiter verbessert.“
Auch das Energieministerium hat kürzlich sein Interesse an der Quantenteleportation bekundet teilte seine Pläne mit ein nationales Quanteninternet mit Sitz im Raum Chicago zu schaffen. Die Demonstration im Fermilab zeigt, wie ein solch superschnelles Internetnetzwerk entstehen könnte.
„Mit dieser Demonstration beginnen wir, den Grundstein für den Aufbau eines großstädtischen Quantennetzwerks im Großraum Chicago zu legen“, sagte Spentzouris.
Die gezeigten Verbesserungen sowohl bei der Wiedergabetreue als auch bei der Datenübertragungsentfernung sind wichtige Meilensteine in Schaffung der nächsten Generation der Kommunikationstechnologie, die schließlich überall auf der Welt eingesetzt werden könnte Globus.
„Wir sind von diesen Ergebnissen begeistert“, sagte der Fermilab-Wissenschaftler Panagiotis Spentzouris, Leiter des Fermilab-Quantenwissenschaftsprogramms und einer der Mitautoren des Papiers. „Dies ist ein wichtiger Erfolg auf dem Weg zur Entwicklung einer Technologie, die die Art und Weise, wie wir globale Kommunikation betreiben, neu definieren wird.“
Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht PRX Quantum.
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