Niederländische Forscher haben uns alle ultrasicheren, superschnellen Internetverbindungen mithilfe von Quantentechnologien einen Schritt näher gebracht.
Ein Team von QuTech, einer Zusammenarbeit zwischen der Technischen Universität Delft in den Niederlanden und der niederländischen Organisation für angewandte wissenschaftliche Forschung, Erreichte eine erstmalige Übermittlung von Informationen über ein sehr kleines Quantennetzwerk aus drei Knoten.
Die Knoten des Netzwerks wurden mit kleinen Quantenprozessoren gebaut, und das Senden von Quanteninformationen zwischen diesen Prozessoren war eine große Hürde, ist aber auch unerlässlich, um die Eigenheiten der Quantenmechanik zur Übertragung von Informationen zu nutzen.
Die Forscher haben einen Quanten-"Teleporter" mit zwei verschränkten Quanten-"Prozessoren" geschaffen, die sie Alice und Charlie nannten. Die Übertragung von Quanteninformationen zwischen zwei verschränkten Prozessoren ist nicht ganz neu, aber frühere Bemühungen beschränkten sich auf angrenzend Quantenprozessoren. Dies war ein wichtiger Schritt, aber wenn Quanteninformationsübertragung zwischen zwei Punkten wird funktional nützlich sein, dann müssen wir Punkte haben, die in einiger Entfernung voneinander liegen.
Ist Quantenteleportation möglich?
Letztendlich, warum all dies und was bedeutet es eigentlich? Das QuTech-Team glaubt, dass es einen der grundlegenden Bausteine eines Quanteninternets geschaffen hat, und obwohl ein großer Schlüssel die Reproduzierbarkeit dieser Arbeit sein wird, sind diese immer noch vorhandensehr ermutigende Ergebnisse.
"Wir bauen jetzt kleine Quantennetzwerke im Labor auf“, sagte Ronald Hanson, ein Physiker aus Delft, der das QuTech-Team leitet, in der New York Times. „Aber die Idee ist, irgendwann ein Quanteninternet aufzubauen.“
Was macht die Idee davonQuanteninternet so ansprechend ist, dass es die scheinbar sofortige Übertragung von Daten von einem Ort zum anderen mithilfe eines Phänomens namens Quantenteleportation ermöglichen würde.
„Die Idee der Quantenteleportation ist, dass man die von einem Qubit getragenen Informationen teleportieren kann, aber nicht das physische Qubit selbst“, Dr. Sophie Hermans, die Hauptautorin der Studie, die am 25. Mai in der Zeitschrift veröffentlicht wurde.Natur, erzählt Interessante Technik | wissenschaft-x.com. „Um dies zu tun, bräuchte man einen verschränkten Zustand zwischen zwei Qubits, die von Sender und Empfänger gehalten werden. Ein verschränkter Zustand ist eine Eigenschaft, die nur in der Quantenmechanik bekannt ist, und stellt eine sehr starke Verbindung dar, selbst zwischen sehr weit entfernten Qubits."
Die Forscher von QuTech scheinen genau das getan zu haben, indem sie einen dritten Prozessor namens Bob verwendeten, der in der Lage war, Quanteninformationen von Charlie zu nehmen und an Alice weiterzugeben, was Charlie und Alice effektiv verwickelte und es ihnen ermöglichte, Informationen zwischen ihnen zu übertragen.
"Sobald der verschränkte Zustand – die Verbindung – hergestellt ist, kann man damit die Informationen teleportieren, die auf einem dritten Qubit gespeichert sind, das vom Sender gehalten wird. Durch eine spezielle Art von Messung eine Bell-Messung verschwinden die Informationenvom Qubit beim Sender und erscheint auf dem Qubit des Empfängers."
Es geht um viel mehr, insbesondere darum, wie die Daten am Ende empfangen werden. „Damit die Informationen von Nutzen sind“, sagte uns Hermans, „muss man eine Operation durchführen – wie zum Beispiel eine Bit-Inversion—abhängig von den Ergebnissen der Bell-Messung."
Quantenteleportation ist nicht dasselbe wie die physische Teleportation aus der Science-Fiction, obwohl es ihr sehr ähnlich sieht. Der Unterschied zur Quantenteleportation besteht darin, dass dank einer Eigenart in der Quantenmechanik keine physische Materie übertragen wird, sondern nur Informationendie es zwei Quantenteilchen ermöglicht, a zu "teilen" Quantenzustand.
Der beste Weg, diesen Quantenzustand zu beschreiben, ist, als würde man ein Paar Handschuhe beschreiben. Wenn Sie sehen, auf welche Hand einer dieser Handschuhe passt, wissen Sie auch, auf welche Hand der andere passt, auch wenn Sie es nie sehen.Denken Sie daran, dass dies eine sehr grundlegende Beschreibung des Phänomens ist, denn selbst ein Jahrhundert nach der Gründung der Quantenmechanik wissen wir immer noch vieles nicht über die Quantenwelt – aber wir scheinen genug zu wissen, dass wir es wissenin der Lage sein, unser Wissen auf praktische Anwendungen wie ein Quanteninternet auszudehnen.
Ist Quantenteleportation schneller als Licht?
Nein, leider, und es ist wahrscheinlich, dass dies niemals der Fall sein kann. Dies liegt an etwas, das als bekannt ist. Kein-Kommunikations-Theorem was besagt, dass, wenn eine Quantenmessung von einem Beobachter durchgeführt wird, die Informationen nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit an einen anderen, weiter entfernten Beobachter übertragen werden können.
„Die Tatsache, dass der Empfänger die Ergebnisse der Bell-Messung kennen muss [damit die Informationen interpretiert werden können], macht es erforderlich, diese Ergebnisse mitzuteilen“, sagte uns Hermans. „Dies kann mit klassischer oder normaler Kommunikation erfolgen,aber dies verhindert eine schnellere als leichte Kommunikation."
Trotzdem ist die Übertragung von Informationen deutlich schneller als derzeit, nämlich Lichtwellenleiter und digitale Bits, die in Licht codiert sind. Und obwohl es so klingen mag, als wäre Licht das schnellere von beiden, hat Licht auch ein großes Problem, nämlichder eventuelle Signalverlust, der derzeit die klassische digitale Kommunikation behindert.
Quantenteleportation bewahrt diese Informationen durch den "Teleportationsprozess" intakt, und hat den zusätzlichen Vorteil, dass es sicherer ist. Da es sich um Quanteninformationen handelt, führt jeder Versuch, die Daten abzufangen, zu einer Dekohärenz, und ohne die richtigen Informationen zur Interpretation der resultierenden Informationen würden die abgefangenen Daten wie zufällige Bits aussehen. Darüber hinaus wäre der beabsichtigte Empfänger dazu in der Lageum auch diese Dekohärenz zu erkennen, was signalisieren würde, dass die Verbindung abgehört wurde.
Aber es erfordert noch Arbeit, um uns an diesen Punkt zu bringen, und wir sind noch etwa ein Jahrzehnt oder mehr von einem wirklich funktionierenden Quanteninternet entfernt, aber wir sind einen Schritt näher daran, es Wirklichkeit werden zu lassen, und das ist etwas.