Forscher der Universität Innsbruck haben einen bedeutenden Fortschritt im Bereich der Quantennetzwerke erzielt. Sie haben erfolgreich zehn einzelne Qubits mit separaten Photonen verschränkt. Diese Leistung, die am 21. August 2025 in Physical Review Letters veröffentlicht wurde, stellt einen skalierbaren Ansatz für die Vernetzung von Quantenprozessoren dar und ebnet den Weg für die nächste Generation von Quantentechnologien.
Das Team unter der Leitung von Ben Lanyon nutzte eine Kette von zehn Kalziumionen in einem Prototyp-Quantencomputer. Durch präzise Steuerung elektrischer Felder wurden die einzelnen Ionen in einen optischen Hohlraum geleitet. Dort löste ein Laserpuls die Emission eines einzelnen Photons aus, das mit der Polarisation des zugehörigen Ion-Qubits verschränkt wurde. Dieser Prozess generierte einen kontinuierlichen Strom von Photonen, die jeweils mit einem unterschiedlichen Ion-Qubit verbunden sind. Diese Methode ermöglicht die Übertragung von Quanteninformation über Lichtteilchen und stellt einen entscheidenden Schritt für die Entwicklung eines globalen Quanteninternets dar.
Die erzielte durchschnittliche Ion-Photonen-Verschränkungsfidelität von 92 % unterstreicht die Zuverlässigkeit und Präzision des Verfahrens. Ein wesentlicher Vorteil dieser Technologie ist ihre Skalierbarkeit, die eine Erweiterung auf größere Register mit potenziell Hunderten von Ionen ermöglicht. Diese Fähigkeit ist entscheidend für die Verbindung von Quantenprozessoren über verschiedene Standorte hinweg, was die Grundlage für verteilte Quantenberechnungen und ein robustes Quanten-Internet bildet.
Diese Fortschritte haben auch das Potenzial, optische Atomuhren erheblich zu verbessern. Solche vernetzten Uhren könnten die Synchronisation in wissenschaftlichen und praktischen Bereichen, wie der GPS-Navigation und der Telekommunikation, revolutionieren und die Genauigkeit auf ein Niveau heben, das weniger als eine Sekunde Abweichung über die Lebensdauer des Universums aufweist. Die Forschung wurde durch Mittel des Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF und der Europäischen Union finanziell unterstützt.
Die Arbeit markiert einen entscheidenden Schritt in Richtung praktischer Anwendungen wie quantensicherer Kommunikation, verteilter Quantenberechnungen und großflächiger verteilter Quantensensorik. Die Fähigkeit, mehrere Qubits mit Photonen zu verschränken, eröffnet neue Möglichkeiten für die Vernetzung von Quantenverarbeitungssystemen über weite Distanzen und legt den Grundstein für zukünftige Quantentechnologien, die die Art und Weise, wie wir Informationen verarbeiten und kommunizieren, grundlegend verändern werden.