Neue theoretische Ergebnisse aus der University of Chicago deuten darauf hin, dass Quantencomputer über bisher ungeahnte Entfernungen vernetzt werden könnten. Assistenzprofessor Tian Zhong beschreibt in Nature Communications einen Ansatz, mit dem eine Maschine an der UChicago Pritzker School of Molecular Engineering (UChicago PME) prinzipiell mit einer Entfernung von 2,000 km verbunden werden kann; die Studie nennt außerdem eine mögliche Reichweite bis zu 4,000 km, etwa bis nach Ocaña, Colombia.
Der Kern des Fortschritts liegt in einer deutlichen Verlängerung der Quantenkohärenz einzelner Erbiumatome: die Kohärenzzeit stieg von 0.1 Millisekunden auf mehr als 10 Millisekunden, in Experimenten wurden bis zu 24 Millisekunden erreicht. Diese Verbesserung wurde nicht durch neue Stoffe erzielt, sondern durch eine geänderte Kristallfertigung: selten-Erd-dotierte Kristalle wurden per Molekularstrahlepitaxie (MBE) aufgebaut, statt mit der traditionellen Czochralski-Methode, die bei mehr als 2,000 Grad Celsius schmilzt.
Externes Lob kam von Professor Hugues de Riedmatten vom Institute of Photonic Sciences; er nannte das Vorgehen äußerst innovativ und skizzierte dessen Potenzial, viele netzwerkfähige Qubits in glasfaserkompatiblen Geräten zu produzieren. Als nächsten Schritt plant Zhong experimentelle Tests: zwei Qubits in getrennten Verdünnungskryostaten über 1,000 Kilometer aufgewickeltes Kabel zu verbinden und einen dritten Kryostat zu ergänzen, um ein lokales Netzwerk und eine Langstreckensimulation zu schaffen.
Schwierige Wörter
- quantenkohärenz — stabile gemeinsame Quanteneigenschaft zwischen zwei oder mehr Teilchen
- kohärenzzeit — Zeitspanne, in der ein Quantenzustand stabil bleibt
- molekularstrahlepitaxie — Verfahren zur Schichtbildung von KristallenMolekularstrahlepitaxie (MBE)
- czochralski-methode — traditionelles Verfahren zur Herstellung großkristalliner Materialien
- kristallfertigung — Prozess, mit dem Kristalle gezielt hergestellt werden
- dotieren — ein Fremdatom in ein Material einführendotierte
- netzwerkfähig — für den Einsatz in einem Kommunikationsnetz geeignetnetzwerkfähige
- qubit — kleinste Informationseinheit in einem QuantenrechnerQubits
- kryostat — Gerät, das Tieftemperaturen für Experimente erzeugtVerdünnungskryostaten
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Diskussionsfragen
- Welche Auswirkungen hätte eine Vernetzung von Quantencomputern über Tausende Kilometer auf Kommunikation und Forschung?
- Welche praktischen Probleme erwarten Sie bei der Verbindung von Qubits über 1,000 Kilometer Kabel?
- Warum könnte die Fertigungsmethode von Kristallen für Fortschritte in der Quantenforschung entscheidend sein?
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