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



  • GBTEC und Proalpha arbeiten zusammen

    GBTEC und Proalpha arbeiten zusammen

    GBTEC und Proalpha haben angekündigt, zukünftig in den Bereichen Process Mining und Business Intelligence zusammenzuarbeiten. Kunden sollen so einen Mehrwert bei der digitalen Transformation erhalten.

    mehr lesen: GBTEC und Proalpha arbeiten zusammen

  • Mehr Schadprogramme, mehr Digitalisierung

    Mehr Schadprogramme, mehr Digitalisierung

    Mehr als eine Milliarde Schadprogramme verzeichnet das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik im aktuellen Lagebericht. Und auch die Corona-Pandemie wirkt sich auf die aktuelle Sicherheitslage aus.

    mehr lesen: Mehr Schadprogramme, mehr Digitalisierung

  • Zwischen digitaler Transformation und steigender Komplexität

    Zwischen digitaler Transformation und steigender Komplexität

    CIOs setzen auf Automatisierung und KI, um wachsende Kluft zwischen begrenzten IT-Ressourcen und steigender Cloud-Komplexität zu überbrücken. Dies geht aus einer Studie von Dynatrace hervor.

    mehr lesen: Zwischen digitaler Transformation und steigender Komplexität

  • Aktuelle Lage verbessert, Erwartungen gehen zurück

    Aktuelle Lage verbessert, Erwartungen gehen zurück

    Die Erwartungen an die wirtschaftliche Entwicklung gehen laut aktueller ZEW-Zahlen im Oktober zurück. Die Einschätzung der aktuellen konjunkturellen Lage hat sich jedoch erneut verbessert.

    mehr lesen: Aktuelle Lage verbessert, Erwartungen gehen zurück

  • Neues Trio an der MPDV-Spitze

    Neues Trio an der MPDV-Spitze

    Die MPDV hat seit Oktober drei neue Geschäftsführer. Nathalie Kletti, Thorsten Strebel und Jürgen Petzel stehen an der Spitze des Unternehmens.

    mehr lesen: Neues Trio an der MPDV-Spitze

  • Beschäftigtensituation im Maschinenbau bleibt angespannt

    Beschäftigtensituation im Maschinenbau bleibt angespannt

    Die Beschäftigtensituation im Maschinen- und Anlagenbau bleibt weiter angespannt. Im August ging die Zahl der Beschäftigten im Vergleich zum Vormonat um weitere 2.165 auf 1,025 Millionen zurück. Damit sind fast…

    mehr lesen: Beschäftigtensituation im Maschinenbau bleibt angespannt

  • Flexibel und sicher

    Flexibel und sicher

    Helmholz erweitert sein Portfolio an Industrieroutern. Die bewährten REX-Geräte sind ab sofort auch mit zusätzlicher WAN (Wide Area Network)-Schnittstelle und Fallback-Mechanismus erhältlich.

    mehr lesen: Flexibel und sicher

  • Tower Factory wird Teil von Fuji Europe

    Tower Factory wird Teil von Fuji Europe

    Die Fuji Europe Corparation hat Tower-Factory, einen Anbieter von Lagerlogistiksystemen, übernommen. Kunden von Fuji Europe sollen dadurch Lösungen erhalten, die den gesamten Materialfluss abdecken.

    mehr lesen: Tower Factory wird Teil von Fuji Europe

  • Bereits mehr als 1.200 Teilnehmer für TeDo Webinare

    Bereits mehr als 1.200 Teilnehmer für TeDo Webinare

    Für die Webinare des TeDo Verlags, die im Rahmen des Herbstes der Innovationen durchgeführt werden, haben sich bereits weit über 1.200 Teilnehmer angemeldet. Das SPS-Magazin, die IT&Production, die Robotik und…

    mehr lesen: Bereits mehr als 1.200 Teilnehmer für TeDo Webinare

  • Neuer VDMA-Präsident gewählt

    Neuer VDMA-Präsident gewählt

    Der VDMA hat mit Karl Haeusgen einen neuen Präsidenten. Im Rahmen der Mitgliederversammlung wurde der Vorstandsvorsitzende von Hawe Hydraulik als Nachfolger von Carl Martin Welcker bestimmt. Auch der Verband VDMA…

    mehr lesen: Neuer VDMA-Präsident gewählt

  • Instandhaltung zwischen Kostendruck und digitalem Wandel

    Instandhaltung zwischen Kostendruck und digitalem Wandel

    Maindays 2020 Instandhaltung zwischen Kostendruck und digitalem Wandel Unter dem Motto ‘Instandhaltung zwischen Kostendruck und digitalem Wandel‘ findet die 21. Jahrestagung MainDays vom 24. bis zum 25. November in Potsdam…

    mehr lesen: Instandhaltung zwischen Kostendruck und digitalem Wandel

  • Kurzarbeit geht weiter zurück

    Kurzarbeit geht weiter zurück

    Im September ist die Zahl der Beschäftigten, die in Kurzarbeit sind, weiter zurückgegangen. Das Ifo-Institut schätzt die Zahl der Kurzarbeiter aktuell auf 3,7 Millionen Menschen.

    mehr lesen: Kurzarbeit geht weiter zurück