Eine vor mehr als zwei Jahrzehnten vorgeschlagene Theorie zur Quantenverschränkung wurde erstmals experimentell demonstriert. Die Methode ermöglicht stabile Quantenverbindungen zwischen entfernten Qubits ohne kontinuierliche aktive Steuerung und Messung.
Physiker des Institute of Science and Technology Austria (ISTA) und der Technical University of Munich demonstrierten Distributed Quantum Entanglement mit einem “Quantum Bath” aus korrelierten Lichtteilchen.
Das Experiment liefert eine Proof-of-Concept für zukünftige modulare Quantum Computers.
Die Arbeit erschien in Physical Review X unter dem Titel “Distributing stationary qubit entanglement through a non-local squeezed reservoir”.
Warum Quantenverschränkung wichtig ist
Quantum Entanglement beschreibt Korrelationen zwischen Quantenteilchen, die sich mit klassischer Physik nicht erklären lassen.
Albert Einstein bezeichnete das Phänomen als “spooky action at a distance”.
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Qubits sind die grundlegenden Informationseinheiten von Quantum Computers und können sich anders als klassische Bits in Quantum Superposition befinden.
Entanglement ist eine grundlegende Ressource für Quantum Computing und Quantum Communication.
Herkömmliche Methoden benötigen aktive Steuerung
Traditionelle Ansätze erfordern wiederholte Operationen und Messungen.
Dabei kann beispielsweise ein kontrolliertes Photon zwischen zwei Qubits übertragen werden.
Das Team wollte ein autonomes System entwickeln.
Quantum Bath verbindet entfernte Qubits
Das Experiment nutzt korrelierte Microwave Photons.
Beide Qubits werden korrelierter energiearmer Mikrowellenstrahlung ausgesetzt.
Die konstruierte Umgebung bringt die Qubits in einen Entangled State und stabilisiert diesen kontinuierlich.
50 Zentimeter Abstand
Im Proof-of-Concept waren die Qubits über rund 50 Zentimeter beziehungsweise 20 Zoll Kabel getrennt.
Das Prinzip ist jedoch nicht grundsätzlich auf diese Entfernung beschränkt.
Eine Correlated Photon Source könnte zudem mehrere Entangled Pairs erzeugen.
Stabile Verschränkung als Ressource
Das System erzeugt Stationary Entanglement.
Die Quantum Environment führt die Qubits kontinuierlich in den gewünschten Zustand zurück.
Damit kann Entanglement für spätere Quantum Processing-Aufgaben verfügbar bleiben.
Messung mit extrem kurzen Pulsen
Die Forscher verwendeten Microwave Pulses von nur Milliardstelsekunden Dauer.
Quantum Measurement lässt eine Superposition in einen bestimmten Zustand kollabieren.
Dieses Problem steht in engem Zusammenhang mit Decoherence.
Hybrid Quantum Systems
Photonen unterschiedlicher Frequenzen könnten Entanglement zwischen Qubits mit stark unterschiedlichen Energieskalen stabilisieren.
Dies könnte Hybrid Quantum Systems ermöglichen.
Aktuell rund 10% Effizienz
Derzeit überträgt das Verfahren etwa 10% des im Quantum Bath verfügbaren Entanglements.
Active-Control-Verfahren bleiben effizienter.
Das neue Verfahren bietet jedoch einen skalierbaren Framework.
Weg zu größeren Quantum Networks
Zukünftige Quantum Computers könnten aus vielen miteinander verbundenen Quantum Modules bestehen.
Distributed Entanglement wäre notwendig, damit diese Module Quantum Information austauschen können.
Die Methode könnte künftig mehrere entfernte Qubits synchronisieren und größere Quantum Processors sowie Quantum Networks ermöglichen.
