Wichtiger Durchbruch: Physiker entwickeln ein effizientes Modem für das Quanteninternet

Die sogenannte zweite Quantenrevolution ist in vollem Gange. Noch aber spielt sie sich fast ausschließlich in Forschungszentren ab, auch wenn IBM im vergangenen Jahr einen ersten kommerziellen Quantencomputer präsentierte. Solche Anlagen zu bauen, ist allerdings nur ein Teil der Aufgabe. Mindestens ebenso entscheidend ist es, die Kommunikation zwischen den Geräten zu ermöglichen. Dadurch würde beispielsweise eine abhörsichere Kommunikation ermöglicht. Außerdem könnten auf diese Weise mehrere Quantencomputer zusammengeschaltet werden. Die ohnehin schon ungeheure Rechenleistung ließe sich so noch einmal vervielfachen. Allerdings stellt die Entwicklung von Schnittstellen zwischen ruhenden Quantenbits in den Rechnern und den fliegenden Quantenbits aus der Fernkommunikation eine große Herausforderung dar. Denn die sensible Quanteninformation darf bei der Übertragung nicht zerstört werden.

Die Erbiumatome werden zur Reaktion gezwungen

Forscher am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching haben nun ein ungewöhnlich effizientes „Quanten-Modem“ präsentiert. Die grundsätzliche Funktionstauglichkeit wurde zudem schon unter Beweis gestellt. Vereinfacht ausgedrückt werden dabei Photonen als Informationsträger gesendet und empfangen. Innerhalb des Modems wiederum befinden sich feste Quantenbits, die auf die Ankunft der Photonen mit einem entsprechenden Quantensprung reagieren. Während der Forschungsarbeit stellte sich heraus, dass dafür das Element Erbium am besten geeignet ist. Wobei geeignet hier nur relativ zu verstehen ist. Denn eigentlich vollziehen die Erbiumatome den gewünschten Quantensprung nur höchst ungern. Der Trick besteht nun darin, dass zwei fast perfekte Infrarotspiegel die Photonen so oft hin und her schießen, dass sie ausreichend oft und lange mit dem Erbium in Kontakt kommen. Um ungewünschte Wärmebildung zu vermeiden, wird die gesamte Konstruktion zudem auf minus 271 Grad abgekühlt.

Noch handelt es sich um reine Grundlagenforschung

Durch die neu zum Einsatz gebrachten Spiegel verläuft der Prozess nicht nur deutlich effizienter, sondern auch rund sechzigmal schneller. Es gibt zudem noch einen weiteren großen Vorteil. Die Technologie ließe sich problemlos in die bereits heute existierenden Glasfasernetze integrieren. Dadurch könnte eine flächendeckende Implementierung massiv beschleunigt werden. Um die während des Transports anfallenden Informationsverluste auszugleichen, wäre es zudem denkbar, etwa alle einhundert Kilometer einen Quantenrepeater zu installieren. Auch dieser könnte auf der jetzt in Garching entwickelten Technik basieren. Noch allerdings würde ein einzelner solcher Repeater rund einhunderttausende Euro kosten. Dies allein zeigt schon: Noch betreiben die Physiker am Max-Planck-Institut reine Grundlagenforschung. Bis tatsächlich entsprechende Produkte auf den Markt kommen, dürfte noch etwas Zeit vergehen.

Via: Phys.org