September 22, 2021

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Quantenübertragung: Wissenschaftler machen einen weiteren Schritt auf dem Weg zum Superinternet

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Wenn es eine Wissenschaft gibt, die eines Tages das Internet revolutionieren wird, ist dies wahrscheinlich der Fall Quantenphysik. Forscher aus Vereinigte Staaten von Amerika hat nun einen wichtigen Schritt auf dem Weg zum Quanteninternet getan: Sie haben sogenannte Quantenbits (Qubits) als Lichtteilchen über ein 44 Kilometer langes Glasfaserkabel gesendet.

In der sogenannten Mengenberichterstattungwas jedoch nichts mit Strahlung in “Star Trek” zu tun hat, teleportierten die Forscher verschränkte Qubits zwischen zwei Netzwerken mit einer Genauigkeit von 90 Prozent. Kein Forschungsteam war jemals erfolgreich: Andere hatten die Distanz bereits überwunden, aber nicht mit dieser Genauigkeit. Darüber hinaus kann der Versuchsaufbau mit dieser Genauigkeit wiederholt und verbessert werden. Darüber hinaus verwendeten die Forscher nach eigenen Angaben nur Hardware, die “in Massenproduktion” hergestellt wurde und auf einer vorhandenen Telekommunikationsinfrastruktur basiert. “Das Projekt schafft eine Basis für ein leistungsstarkes Quanten-Internet mit herkömmlichen Geräten”, heißt es im Bericht der Zeitschrift ‘PRX Quantum’.

Die Herausforderung besteht darin, dass die Lichtteilchen auf dem Weg nicht verloren gehen. Auch Glas ohne Verschmutzung absorbiert Photonen. Bei klassischen Bitübertragungen ist ein geringer Datenverlust kaum ein Problem, da ganze Lichtstrahlen über die Leitungen gesendet werden und Steuerbits sicherstellen, dass die Informationen trotzdem ankommen.

Dies ist bei Qubits anders. Die Partikel sind viel komplexer. Während ein klassisches Bit nur die beiden Modi 0 oder 1 kennt, Ein Qubit kann theoretisch eine unendliche Anzahl von Zuständen annehmen. Die Datenmenge, die gespeichert werden kann, nimmt mit jedem weiteren Qubit exponentiell zu.

Pionierarbeit für das Internet der Zukunft

Sungkun Hong vom Institut für funktionale Materie und Quantentechnologien der Universität Stuttgart hält das Projekt für bahnbrechend. “Es ist sehr beeindruckend”, sagte der Physiker in einem Interview mit SPIEGEL. 44 Kilometer sind eine sehr lange Strecke, die z. Reicht für die Übertragung in Großstädten. Obwohl es bereits möglich war, Qubits über eine Entfernung von 100 Kilometern zu senden, betrug die Genauigkeit nur etwa 85 Prozent.

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Der Vorteil dieses Projekts ist, dass Qubits in Form von Lichtpartikeln über herkömmliche Glasfaserkabel gesendet wurden, die bereits heute für die Internetübertragung verwendet werden. Hong sieht diese Art der Übertragung als besonders gut für eine sichere Kommunikation an. Die Idee: Während die eigentliche Nachricht als verschlüsselte Bitfolge gesendet wird, enthält das gesendete Qubit den Entschlüsselungscode. “Sie können keine Qubits kopieren”, sagt Hong.

Darüber hinaus ist das zerbrechliche Qubit sehr gut gegen Abhören geschützt. “Wenn jemand unterwegs das Photonennetz aufnimmt, wird der Empfänger es sofort bemerken.” Dies liegt daran, dass die Zustände von Qubits sehr instabil sind und sich manchmal nur durch Betrachten des Partikels ändern.

Bis zum Alter von Quantencomputer aber es ist noch ein langer Weg. “Wir können dieselbe Hardware verwenden”, sagt Hong, was beispielsweise Glasfaserkabel und Lichtsensoren bedeutet, “aber es ist eine völlig andere Technologie.” Wenn man gefragt wird, wann Quantencomputer einsatzbereit sind, kann man keine ernsthafte Aussage machen. Der Forscher schätzt, dass es “ungefähr zehn Jahre dauern wird, bis Quantencomputer eine oder mehrere einfache, aber nützliche Aufgaben übernehmen können”.

Eines ist laut Hong klar: “Sobald Quantencomputer bereit sind, gehen wir davon aus, dass sie die vielen wichtigen Probleme lösen werden, die die besten Supercomputer der Welt seit Millionen von Jahren nicht mehr lösen können.”

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