Ein Schritt auf dem Weg zum Quanteninternet?

Quantum computer gold silver mechanism isolated on white background. Mechanism quantum computing quantum cryptography steampunk Q bits parallel computing. 3D illustration 3D render
Bild: ©Aliaksandr Marko/stock.adobe.com

Seit mehr als 60 Jahren gilt das ‚Bellsche Theorem‘ als Goldstandard, um zu zeigen, dass die Quantenmechanik den Regeln der klassischen Physik widerspricht. Ein internationales Forschungsteam, darunter Prof. Dr. Nicolas Gisin von der Constructor University in Bremen, hat dieses Prinzip nun erweitert. Mithilfe eines sogenannten ‚eleganten Dreiecks‘ konnten die Forschenden neue Formen der Quanten-Nichtlokalität in Netzwerken mit mehreren Knotenpunkten aufdecken. Die Studie veröffentlichte das Team in der renommierten Fachzeitschrift Physical Review Letters. Sie erweitere das Verständnis darüber, wie sich Quantenkorrelationen in realistischen Netzwerkumgebungen verhalten, und könnte so den Weg in das Zeitalter des Quanteninternets ebnen, heißt es in einer Pressemitteilung der Constructor University.

„Dies ist nicht einfach eine kompliziertere Version des Bellschen Theorems, die auf Netzwerke angewandt wurde; es ist etwas völlig Neues, das erst dann entsteht, wenn mehrere unabhängige Quantenquellen durch verschränkte Messungen interagieren“, erklärt Gisin, der bei dem Experiment mit Forschenden aus China, Frankreich und Österreich zusammenarbeitete.

Das Bellsche Theorem, das 2022 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde, bewies, dass ein Paar verschränkter Teilchen, die über eine große Distanz voneinander getrennt sind und zufällig gemessen werden, irgendwie verbunden bleiben können. Wie die Forschenden erläutern, weisen sie Korrelationen auf, die über das hinausgehen, was jede klassische Physiktheorie erklären kann. Dieses Phänomen wird als Quanten-Nichtlokalität bezeichnet.

Jenseits des Bell-Theorems

Wie die Forschenden erklären, beinhalten Bell-Tests normalerweise nur eine einzige Quelle, die verschränkte Teilchen an zwei Beobachter verteilt. Diese wählen wiederum zufällig eine von mehreren möglichen Messungen aus. Das neueste Experiment von Gisin erweiterte dieses Paradigma, indem es die Nichtlokalität in einem Quantennetzwerk untersuchte, das aus mehreren unabhängigen Quellen und miteinander verbundenen Knotenpunkten besteht. Konkret nutzte das Experiment ein ‚Dreiecksnetzwerk‘ bei dem drei Beobachter als Knotenpunkte fungierten. Diese verbanden drei separate Quellen verschränkter Teilchen, welche zwischen ihnen in einer Dreiecksformation verteilt waren. Die Beobachter führten dann feste Quantenmessungen durch, wodurch die zufällige Auswahl der Messung vollständig entfiel.

Diese scheinbar minimalen Änderungen führten eine tiefgreifende neue Ebene der Komplexität ein, die die Forschenden mit dem Übergang von einer zweidiemnsionalen zu einer dreidimensionalen Welt vergleichen. Anstatt einer einzigen gemeinsamen Quelle maß jeder Beobachter Teilchen aus zwei unabhängigen Quellen, wodurch ein komplexeres Geflecht von Beziehungen entstand. Das Ergebnis: Auch in dieser verteilten Konfiguration mit mehreren Quellen und ohne Zufallsmessungen wurden Korrelationen zwischen allen drei Quellen beobachtet, die allen klassischen Physikmodellen widersprechen. Die Ergebnisse belegen den Forschenden zufolge eine eigenständige Form der Netzwerk-Nichtlokalität namens ‚echte Quantennetzwerk-Nichtlokalität‘ (genuine quantum network nonlocality). Diese gehe aus der Netzwerkstruktur selbst hervor und könne nicht auf ein standardmäßiges Zwei-Teilchen-Bell-Szenario reduziert werden.

Die ‚elegante Verteilung‘

Um dies zu erreichen, erzeugte das Team die sogenannte ‚elegante Verteilung‘ (elegant distribution) – ein spezifisches Korrelationsmuster, von dem vorhergesagt wurde, dass es dieses netzwerkabhängige Verhalten aufweist. Mithilfe von Techniken des maschinellen Lernens und ausgefeilter mathematischer Analysen konnten die Forscherenden zeigen, dass diese Korrelationen durch kein klassisches Modell reproduziert werden können, selbst dann nicht, wenn dieses komplexe Muster verborgener Variablen zulässt, die innerhalb des Dreiecksnetzwerks geteilt werden.

„Die elegante Verteilung ist in besonderem Maße charakteristisch für das Dreiecksnetzwerk“, erklärt Professor Gisin. „Dies lässt sich nicht auf Standard-Bell-Tests reduzieren, die lediglich in einen komplexeren Aufbau eingebettet sind. Es demonstriert ein Quantenverhalten, das ein reines Netzwerkphänomen darstellt.“

Mit Relevanz für das Quanteninternet

Den Beteiligten zufolge legen die Ergebnisse nahe, dass Quanten-Nichtlokalität nicht auf idealisierte Laborumgebungen beschränkt ist, sondern sich auf jene komplexen, realistischen Netzwerkstrukturen erstreckt, die künftigen Quantentechnologien zugrunde liegen könnten. Dies sei besonders relevant für die Entwicklung groß angelegter Quantennetzwerke, die darauf abzielen, Quantengeräte über Distanzen hinweg zu verbinden (‚Quanteninternet‘).

Seiten: 1 2



  • Bestellungen im Maschinenbau im Juli steigen kräftig

    Bestellungen im Maschinenbau im Juli steigen kräftig

    Die Auftragsbücher im Maschinen- und Anlagenbau haben sich wegen der guten Weltkonjunktur und einer schwachen Vorjahresbasis auch im Juli kräftig gefüllt.

    mehr lesen: Bestellungen im Maschinenbau im Juli steigen kräftig

  • Ifo-Exporterwartungen sinken im August

    Ifo-Exporterwartungen sinken im August

    Die Ifo-Exporterwartungen sind im August gesunken. In einigen Branchen gingen die Erwartungen dabei deutlich zurück, in der Automobilindustrie zeigen sich die Unternehmen jedoch optimistischer.

    mehr lesen: Ifo-Exporterwartungen sinken im August

  • Fortschritt bei künstlicher Intelligenz

    Fortschritt bei künstlicher Intelligenz

    Laut aktuellem KI-Monitor von BVDW und IW Köln kommt das Thema Künstliche Intelligenz in Deutschland voran. Die Wirtschaft ist dabei der größte Treiber — alle Betrachtungsindikatoren haben sich in diesem…

    mehr lesen: Fortschritt bei künstlicher Intelligenz

  • Digital Twins helfen bei Neuorganisation

    Digital Twins helfen bei Neuorganisation

    Industrieunternehmen organisieren sich neu, so eine Sopra Steria-Studie. Und das betrifft nicht nur interne, sondern auch externe Abläufe. Dabei spielt auch der Einsatz des digitalen Zwillings eine Rolle.

    mehr lesen: Digital Twins helfen bei Neuorganisation

  • Dibac wird Teil der GUS Group

    Dibac wird Teil der GUS Group

    Mit Dibac hat die GUS Group zum 1. August einen auf Farben- und Lacke-Industrie spezialisierten ERP-Anbieter übernommen.

    mehr lesen: Dibac wird Teil der GUS Group

  • Industrie 4.0-Kompetenzen in der Weiterbildung

    Industrie 4.0-Kompetenzen in der Weiterbildung

    Sozialpartner aus der Metall- und Elektroindustrie setzen neue Standards für die Weiterbildung der Mitarbeiter. Diese betreffen insgesamt sieben Handlungsfelder.

    mehr lesen: Industrie 4.0-Kompetenzen in der Weiterbildung

  • Mercedes ernennt Chief Software Officer

    Mercedes ernennt Chief Software Officer

    Mit MB.OS soll bei Mercedes ein eigenes Fahrzeug-Betriebssystem entstehen. Dessen Entwicklung verantwortet zukünftig Magnus Östberg, der die neu geschaffene Position des Chief Software Officers übernimmt.

    mehr lesen: Mercedes ernennt Chief Software Officer

  • IAB-Arbeitsmarktbarometer auf Rekordhoch

    IAB-Arbeitsmarktbarometer auf Rekordhoch

    Mit 107,6 Punkten hat das IAB-Arbeitsmarktbarometer im August einen neuen Rekordstand verzeichnet. Die Zeichen auf dem Arbeitsmarkt stehen damit weiter auf Erholung.

    mehr lesen: IAB-Arbeitsmarktbarometer auf Rekordhoch

  • Produktentwicklung mit Extended Reality

    Produktentwicklung mit Extended Reality

    Statt sofort teure Prototypen von Autos, Geräten oder Maschinenkomponenten zu bauen, können Unternehmen durch virtuelle Modelle bereits in sehr frühen Entwicklungsphasen feststellen, ob ein neues Produkt in Anmutung und Bedienung…

    mehr lesen: Produktentwicklung mit Extended Reality

  • Geschäftsklimaindex sinkt erneut

    Geschäftsklimaindex sinkt erneut

    Nach 100,7 Punkten im Juli, fällt der Ifo-Geschäftsklimaindex im August auf unter 100 Punkte. Zwar bewerten die Unternehmen ihre aktuelle Lage besser, sind allerdings pessimistischer in ihren Erwartungen.

    mehr lesen: Geschäftsklimaindex sinkt erneut

  • Fünf Trends für die OT-Security

    Fünf Trends für die OT-Security

    Von Kryptografie über Drohnen bis hin zum digitalen Zwillingen – Kudelski Security gibt einen Überblick über Trends in der Operational Technology (OT).

    mehr lesen: Fünf Trends für die OT-Security

  • Visualisierungssoftware unterstützt das Modbus/TCP-Protokoll

    Visualisierungssoftware unterstützt das Modbus/TCP-Protokoll

    Für einen schnellen und umfassenden Überblick über eine Anlage stellt Pilz die webbasierte Visualisierungssoftware PASvisu bereit. In der neuen Version unterstützt diese jetzt auch das Modbus/TCP-Protokoll. Dieses ermöglicht eine schnelle…

    mehr lesen: Visualisierungssoftware unterstützt das Modbus/TCP-Protokoll