Forscher der Humboldt-Universität zu Berlin und des Ferdinand-Braun-Instituts haben einen bedeutenden Meilenstein in der Entwicklung des Quanteninternets erreicht. Ihre innovative Arbeit beinhaltet die Erzeugung von Photonen mit stabilen Frequenzen, die von quantenoptischen Lichtquellen ausgesendet werden. Die Studie, veröffentlicht in Physical Review X, bringt uns näher zur Realisierung des wegweisenden Konzepts des Quanteninternets.

Das Quanteninternet hat ein enormes Potenzial, um Kommunikation und Informationsverarbeitung zu revolutionieren. Dieses futuristische Netzwerk könnte problemlos Quantencomputer weltweit verbinden und sichere und schnelle Kommunikation und Berechnung ermöglichen. Es hat das Potenzial, eine grundlegend sichere Kommunikation zu bieten, indem die Gesetze der Physik genutzt werden, um die Privatsphäre von Daten zu gewährleisten. Darüber hinaus könnte das Quanteninternet vernetzte Quantenberechnungen ermöglichen, indem es leistungsstarke Rechencluster jenseits herkömmlicher quantencomputergestützter Bemühungen schafft.

Das Quanteninternet basiert auf den Prinzipien der Quantenmechanik. Im Gegensatz zu unserem aktuellen Internet, das auf klassischer Computertechnologie basiert, stützt es sich auf Quantenrechenleistung und quantenkommunikative Geräte. Quantencomputing ermöglicht den Austausch von Informationen auf atomarem und subatomarem Niveau und bietet im Vergleich zur klassischen Computertechnik beispiellose Geschwindigkeit und Sicherheit. Der Austausch von quantenbasierter Information im Quanteninternet erfolgt mithilfe von Qubits, den quantenmechanischen Gegenstücken zu klassischen Bits. Qubits besitzen einzigartige Eigenschaften und ermöglichen Überlagerung und Verschränkung.

Die Überlagerung ist die Fähigkeit quantenmechanischer Systeme, sich in mehreren Zuständen gleichzeitig zu befinden und dadurch rechnerische Vorteile zu bieten. Die quantenmechanische Verschränkung ist hingegen ein Phänomen, bei dem Teilchen unabhängig von der Entfernung gemeinsam agieren und die sofortige und sichere Übertragung von Information ermöglichen.

Die Umsetzung des Quanteninternets erfordert jedoch eine spezialisierte quantenphysikalische Infrastruktur. Quantencomputer arbeiten bei extrem tiefen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt, was eine präzise Temperaturkontrolle und spezialisierte Einrichtungen erfordert, um die Integrität der quantenphysikalischen Informationen zu gewährleisten.

Der jüngste Fortschritt der in Berlin ansässigen Forscher konzentriert sich auf Photonen, also Lichtteilchen, die von diamantbasierten Nanostrukturen mit Stickstoff-Vakanzdefekten ausgesendet werden. Diese Photonen besitzen stabile Frequenzen, eine entscheidende Voraussetzung für die Datenübertragung über große Entfernungen in einem quantenbasierten Netzwerk. Die Erzielung dieser Stabilität erforderte eine sorgfältige Auswahl von Materialien, fortschrittliche Nanofertigungstechniken und präzise experimentelle Kontrollprotokolle. Durch Reduzierung des durch Elektronen induzierten Rauschens während der Herstellung der Nanostrukturen konnten die Forscher erfolgreich Schwankungen in der Frequenz der Photonen beseitigen, was ein signifikantes Hindernis bei quantenphysikalischen Operationen darstellte.

Dieser Fortschritt ebnet den Weg für eine Kommunikation mit mehr als tausendfach höheren Übertragungsraten zwischen räumlich getrennten quantenphysikalischen Systemen. Die Forscher integrierten einzelne Qubits in diamantbasierte Nanostrukturen, die tausendmal dünner sind als ein menschliches Haar. Durch diese Integration wird die gezielte Übertragung von Photonen in optische Fasern ermöglicht, was die Machbarkeit eines funktionierenden Quanteninternets vorantreibt.

Zusammenfassend ist die Erzeugung von Photonen mit stabilen Frequenzen aus quantenoptischen Lichtquellen ein bemerkenswerter Fortschritt in der Verwirklichung des Quanteninternets. Dieser Fortschritt bringt uns näher an eine Zukunft, in der sichere, schnelle und wegweisende Kommunikation und Berechnung durch das Quanteninternet möglich sind.

Definitionen:

– Quantencomputing: Eine Technologie, die den Austausch von Informationen auf atomarem und subatomarem Niveau ermöglicht und im Vergleich zur klassischen Computertechnik unvergleichliche Geschwindigkeit und Sicherheit bietet.
– Qubits: Die quantenmechanischen Entsprechungen der klassischen Bits, die für den Austausch von quantenbasierten Informationen verwendet werden.
– Überlagerung: Die Fähigkeit quantenmechanischer Systeme, sich gleichzeitig in mehreren Zuständen zu befinden und dadurch rechnerische Vorteile zu bieten.
– Verschränkung: Ein Phänomen, bei dem Teilchen unabhängig von der Entfernung gemeinsam agieren und die sichere Übertragung von Information ermöglichen.
– Photon: Lichtteilchen.
– Quantenphysikalische Infrastruktur: Spezialisierte Einrichtungen und Temperaturkontrolle, die für den Betrieb von Quantencomputern erforderlich sind.

Quelle:
– Originalartikel: Es wurde keine explizite Quelle angegeben.