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



  • Non-Profit-Verein soll Technologietransfer beschleunigen

    Non-Profit-Verein soll Technologietransfer beschleunigen

    Volkswagen hat mit sechs Partnerunternehmen den Industrial.Digitalisation PartnerNet e.V. gegründet. Die herstellerunabhängige Non-Profit-Organisation ist vor allem als Innovationsmotor für die Automobilbranche ausgelegt, aber auch andere Fertigungsbranchen sollen profitieren.

    mehr lesen: Non-Profit-Verein soll Technologietransfer beschleunigen

  • Intec und Z findet online statt

    Intec und Z findet online statt

    Auch das kommende Messejahr wird noch mit Einschränkungen zu kämpfen haben. Die Veranstalter der Intec und Z 2021 verlegen die Messe nun in die virtuelle Welt. Das Motto: ‘Intec und…

    mehr lesen: Intec und Z findet online statt

  • Auftragseingang auf Vorjahresniveau

    Auftragseingang auf Vorjahresniveau

    Im Oktober hielt sich der Auftragseingang der Maschinen- und Anlagenbauer auf dem Niveau des Vorjahres. Jedoch kommen die erneuten Einschränkungen in Folge der Corona-Krise im Berichtsmonat noch nicht zum Tragen.

    mehr lesen: Auftragseingang auf Vorjahresniveau

  • Vorteile von Standards und Normen nutzen

    Vorteile von Standards und Normen nutzen

    Für die Verbreitung von Innovationen sind Normen und Standards ein wichtiger Katalysator. Sie definieren die Meilensteine der Technik und ebnen innovativen Ideen den Weg zum Erfolg auf dem Markt. Auch…

    mehr lesen: Vorteile von Standards und Normen nutzen

  • Produktionspläne der Industrie gedämpft

    Produktionspläne der Industrie gedämpft

    Die Erwartungen der Produzenten an die nächsten Monate haben sich insgesamt wieder leicht ins Minus gedreht, ermittelten die Wirtschaftsforscher am ifo Institut. Vor allem Konsumgüter könnten sich wieder leicht schlechter…

    mehr lesen: Produktionspläne der Industrie gedämpft

  • IT-Sicherheit auf Linux-Basis

    IT-Sicherheit auf Linux-Basis

    In seiner kostenlosen Firewall Community, einer Sicherheitslösung auf Linux-Basis, steigt Endian ab der aktuellen Version 3.3.2 auf Rolling Releases um. Über Open-VPN können Mitarbeiter im Homeoffice sicher auf die Unternehmensressourcen…

    mehr lesen: IT-Sicherheit auf Linux-Basis

  • IPC mit zweiter Platinenebene

    IPC mit zweiter Platinenebene

    Der lüfterlose Industrie-PC C6027 von Beckhoff verfügt über eine zweite Platinenebene mit optionalen sechs RJ45-Ports oder integrierter 1s-USV.

    mehr lesen: IPC mit zweiter Platinenebene

  • Globaler Maschinenbau 2021 wieder im Plus

    Globaler Maschinenbau 2021 wieder im Plus

    Nach dem globalen Umsatzeinbruch um voraussichtlich 7 Prozent in diesem Jahr, wird für 2021 im Maschinenbau ein Umsatzwachstum von 6 Prozent prognostiziert.

    mehr lesen: Globaler Maschinenbau 2021 wieder im Plus

  • Aptean übernimmt Modula

    Aptean übernimmt Modula

    Mit dem Ziel, seine Präsenz in der DACH-Region weiter auszubauen hat das US-Unternehmen Aptean die Modula GmbH übernommen.

    mehr lesen: Aptean übernimmt Modula

  • Künstliche Intelligenz aus Deutschland stärken

    Künstliche Intelligenz aus Deutschland stärken

    Die nun veröffentlichte Normungsroadmap KI von DIN DKE sowie dem BMWi soll Handlungsempfehlungen für Standardisierung von künstliche Intelligenz geben. Die Roadmap ist online abrufbar.

    mehr lesen: Künstliche Intelligenz aus Deutschland stärken

  • Bessere Aussichten trotz des Lockdowns

    Bessere Aussichten trotz des Lockdowns

    Das IAB-Arbeitsmarktbarometer ist im November um 0,4 Punkte auf 100,5 Punkte gestiegen. Damit verbleibt der Frühindikator des Instituts für Arbeitsmarkt- und Berufsforschung (IAB) im leicht positiven Bereich.

    mehr lesen: Bessere Aussichten trotz des Lockdowns

  • Eine nachhaltige Industrie 4.0

    Eine nachhaltige Industrie 4.0

    Anlässlich des Digital-Gipfels der Bundesregierung präsentiert die Plattform Industrie 4.0 Anwendungen für eine nachhaltige Industrie 4.0. Anhand von Analysen haben die Plattform-Spezialisten dabei drei mögliche Entwicklungspfade identifiziert.

    mehr lesen: Eine nachhaltige Industrie 4.0