Forscher erreichen eine nachhaltige und genaue Quantenteleportation
Die Quantenteleportation eines Qubits erfolgt durch Quantenverschränkung, bei der zwei oder mehr Teilchen untrennbar miteinander verbunden sind.
Das Quantum Internet - ein Netzwerk, in dem in Qubits gespeicherte Informationen durch Verschränkung über große Entfernungen übertragen werden - wird die Bereiche Datenspeicherung, Präzisionsmessung und -berechnung verändern und eine neue Ära der Kommunikation einleiten.
Forscher haben kürzlich einen bedeutenden Schritt zur Schaffung eines Quanteninternets getan.
In einem in PRX Quantum veröffentlichten Artikel demonstrieren sie erstmals eine nachhaltige Fern-Teleportation von Qubits aus Photonen (Lichtteilchen) mit einer Genauigkeit von über 90%.
Die Qubits wurden über ein 44 km langes Glasfasernetz mit modernsten Einzelphotonendetektoren und Standardausrüstung teleportiert.
"Wir freuen uns über diese Ergebnisse", sagte der Fermilab-Wissenschaftler Panayotis Spenzuris, Leiter des quantenwissenschaftlichen Programms von Fermilab und einer der Mitautoren des Papiers. "Dies ist ein wichtiger Fortschritt auf dem Weg zur Schaffung von Technologien, die unsere Einstellung zur globalen Kommunikation verändern werden."
Quantenteleportation ist die Übertragung von Quantenzuständen von einem Ort zum anderen. Die Quantenteleportation eines Qubits erfolgt durch Quantenverschränkung, bei der zwei oder mehr Teilchen untrennbar miteinander verbunden sind. Wenn ein verwickeltes Partikelpaar unabhängig vom Abstand zwischen zwei getrennten Orten aufgeteilt wird, werden die codierten Informationen teleportiert.
Ein kollaboratives Team - Forscher von Fermilab, AT & T, dem California Institute of Technology, der Harvard University, dem Jet Propulsion Laboratory der NASA und der University of Calgary - teleportierte Qubits erfolgreich in zwei Systeme: das Caltech-Quantennetzwerk und das Fermilab-Quantennetzwerk.
Die Systeme wurden im Rahmen des öffentlich-privaten Forschungsprogramms von Caltech zu intelligenten Quantennetzwerken und -technologien (IN-Q-NET) entworfen, gebaut, in Betrieb genommen und eingesetzt.
„Wir sind sehr stolz darauf, diesen Meilenstein bei der Schaffung robuster, leistungsstarker und skalierbarer Quantenteleportationssysteme erreicht zu haben“, sagen die Wissenschaftler. "Die Ergebnisse werden durch System-Upgrades verbessert, die voraussichtlich im zweiten Quartal 2021 abgeschlossen sein werden."
Die Netzwerke von Caltech und Fermilab, die eine nahezu autonome Verarbeitung ermöglichen, sind sowohl mit der vorhandenen Telekommunikationsinfrastruktur als auch mit neuen Quantenverarbeitungs- und Speichergeräten kompatibel. Die Forscher verwenden sie, um die Genauigkeit und Geschwindigkeit der Verschränkungsverteilung zu verbessern, wobei der Schwerpunkt auf komplexen Quantenkommunikationsprotokollen und Grundlagenwissenschaften liegt.
"Mit dieser Demonstration legen wir den Grundstein für den Bau eines städtischen Quantengitters in der Region Chicago", sagte Spenzouris.
Das Netzwerk in der Region Chicago, das als Illinois Express-Quantennetzwerk bezeichnet wird, wird von Fermilab in Zusammenarbeit mit dem Argonne National Laboratory, dem California Institute of Technology, der Northwestern University und Industriepartnern entwickelt.
"Dieses Kunststück ist ein Beweis für den Erfolg der Zusammenarbeit zwischen Disziplinen und Institutionen, von der so viel von allem, was wir in der Wissenschaft tun, abhängt", sagte Joe Likken, stellvertretender Forschungsdirektor von Fermilab. "Ich danke dem IN-Q-NET-Team und unseren Partnern in Wissenschaft und Industrie für diese einzigartige Quantenteleportationsleistung."