Wissenschaftler der University of Chicago haben eine Methode entwickelt, um Quantoinformationen deutlich länger zu speichern und über herkömmliche Glasfaserkabel zu übertragen. Dadurch rückt ein Quantennetzwerk, das ganze Kontinente miteinander verbindet, näher in greifbare Nähe.

Die Entwicklung von Quantencomputern

Quantentechnologie befindet sich in einem fortlaufenden Entwicklungsprozess, jedoch müssen in Zukunft diese Computer auch miteinander verbunden werden. Dabei gibt es jedoch ein großes Problem: Quantoinformationen sind äußerst empfindlich. Sie verschwinden rasch, was eine Übertragung nur über kurze Distanzen ermöglicht. Bisher konnten Quantenverbindungen lediglich über einige Kilometer hinweg funktionieren. Mit der neuen Technik könnte dies auf Hunderte oder sogar Tausende von Kilometern ausgeweitet werden.

Warum ist das so schwierig?

In einem klassischen Computer verwendet man Bits, die Nullen und Einsen repräsentieren. Im Gegensatz dazu gibt es in Quantencomputern Qubits, die gleichzeitig sowohl null als auch eins sein können. Dies ermöglicht die gleichzeitige Durchführung verschiedener Berechnungen, macht Quantencomputer jedoch auch viel anfälliger für Störungen.

Das Problem liegt darin, dass Qubits ihre speziellen quantenmechanischen Eigenschaften sehr schnell durch Vibrationen, Wärme oder elektromagnetisches Rauschen aus der Umgebung verlieren. Wissenschaftler bezeichnen die Zeit, in der ein Qubit stabil bleibt, als „Koherenzzeit“. Je länger diese Zeit dauert, desto weiter kann man Informationen senden, bevor das Signal unbrauchbar wird.

Tausende von Kilometern entfernt

Um dieses Problem zu lösen, haben die Forscher das seltene Erdmetall Erbium verwendet, das Licht in genau der Wellenlänge abstrahlt, die bereits für herkömmlichen Internetverkehr über Glasfaser genutzt wird. Damit haben sie Kristalle entwickelt, die deutlich weniger empfindlich auf Störungen reagieren.

Die Qubits in diesem Material bleiben über 10 Millisekunden stabil. Das mag nicht lange erscheinen, doch für die Quantentechnologie stellt dies einen bedeutenden Fortschritt dar. Es ist ausreichend lang, um Informationen über Hunderte oder gar Tausende von Kilometern durch Glasfaserkabel zu transportieren.

Was kann man damit erreichen?

Ein funktionierendes Quantennetzwerk würde eine Kommunikation ermöglichen, die praktisch unmöglich abzuhören wäre. Die Gesetze der Quantenmechanik stellen sicher, dass jede Versuche, das Signal zu beobachten, dieses stört. Darüber hinaus eröffnet es die Möglichkeit des verteilten Quantenrechnens. So könnten Quantencomputer weltweit zusammenarbeiten. Allerdings ist die Technologie derzeit noch nicht für den täglichen Gebrauch bereit. Man sollte dies als den ersten von vielen Schritten auf dem Weg zu einem funktionierenden Quantennetzwerk betrachten.

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