- Quantencomputer stehen vor dem Problem der Skalierbarkeit, da mehrere Quantenprozessoren an einem Ort zusammengeführt werden müssen. Wissenschaftler arbeiten an der Verbindung entfernter Quantenprozessoren durch Quantenteleportation, um leistungsfähigere Maschinen zu schaffen. Ein Forscherteam der Universität Oxford übertrug erstmals einen quantenmechanischen Algorithmus drahtlos zwischen zwei Quantenprozessoren. Quantenverschränkung ermöglicht es, grundlegende Informationen zwischen Computern über Entfernungen nahezu instantan zu übermitteln. Der Durchbruch der Quantenteleportation könnte das Problem der Skalierbarkeit lösen und zur Entwicklung großskaliger Quantenrechner führen.
Quantencomputer haben zweifellos beeindruckende Fortschritte gemacht, stehen jedoch vor einem allgegenwärtigen Problem der Skalierbarkeit. Um diese Maschinen tatsächlich nützlicher zu gestalten, müssten mehrere Quantenprozessoren an einem Ort zusammengeführt werden. Dies würde zwar die Leistung der Prozessoren steigern, erhöht jedoch gleichzeitig deren Größe, was die Praktikabilität mindert und die Technologie anfälliger macht. Wissenschaftler arbeiten an einer Lösung, die fast an Science-Fiction grenzt: die Verbindung entfernter Kerne durch “Quantenteleportation”, um noch leistungsfähigere Maschinen zu schaffen. Solch ein Weg zur Informationsübertragung beginnt sich nun abzuzeichnen.
Die Geburt einer neuen Ära in der Quantenkommunikation
Jüngst gelang es einem Forscherteam der Universität Oxford, erstmals einen quantenmechanischen Algorithmus drahtlos zwischen zwei separaten Quantenprozessoren zu übertragen. Die beiden kleinen Kerne nutzten ihre einmalige Natur, bündelten ihre Fähigkeiten und bildeten so einen überlegenen Computer, der Probleme löste, die sie einzeln nicht bewältigen konnten. Unter der Leitung des Doktoranden Dougal Main schaffte es das Team, weit entfernte Systeme zur Interaktion zu bringen und logische Gateways über Quantenverschränkung zu teilen. Dank dieses quantenmechanischen Phänomens kann ein Partikelpaar, selbst über Distanz, denselben Zustand teilen und damit die gleiche Information übertragen. Ändert sich der Zustand eines Partikels, reflektiert das andere diese Änderung augenblicklich.
Die Wissenschaftler in Oxford nutzten Quantenverschränkung, um beinahe instantan grundlegende Informationen zwischen Computern zu übermitteln. Wenn Daten unter diesem Prinzip über große Distanzen reisen, spricht man von “Quantenteleportation”. Nicht zu verwechseln mit dem konventionellen Teleportationsbegriff, der einen hypothetischen sofortigen Materieaustausch im Raum beschreibt. In dem Experiment verblieben die Lichtpartikel am selben Ort, aber die Verschränkung erlaubte es den Computern, die Informationen des anderen “zu sehen” und parallel zu arbeiten.
Ein Durchbruch für großskalige Quantenrechner
Laut der Forschungsarbeit des Teams, dessen Ergebnisse unlängst veröffentlicht wurden, war die Quantenteleportation eines Algorithmus möglich, indem Photonen mit Modulen verwendet wurden, die zwei Meter voneinander getrennt waren. Die Informationsfidelität lag bei einer Quote von 86 Prozent. Das Resultat dieser verteilten Quantencomputing-Architektur ist vielversprechend genug, um als praktikabler Weg zur Großtechnologie betrachtet zu werden. Frühere Demonstrationen der Quantenteleportation im Bereich der Berechnung konzentrierten sich auf die Übertragung von Zuständen zwischen Systemen. Der Versuch der Universität Oxford ist einzigartig, da er Teleportation zur Schaffung von Interaktionen zwischen weit entfernten Kernen nutzte. “Dieser Durchbruch erlaubt es uns, verschiedene Quantenprozessoren effektiv zu einem einzigen, vollständig verbundenen Quantencomputer zu ‘verbinden'”, resümierte Main.
Sollte sich die Technologie des verteilten Quantencomputings weiterentwickeln, könnte die Ära riesiger Quantenmaschinen vorüber sein. Das Problem der Skalierbarkeit könnte durch mehr Maschinen, die über Quantenteleportation zusammenarbeiten, potenziell gelöst werden. Derzeit kann ein einfacher Prozessor 50 Qubits verarbeiten, eine Einheit der Quanteninformation. Einige Wissenschaftler schätzen, dass eine Maschine mit der Kapazität, Tausende oder Millionen von Qubits zu verarbeiten, benötigt wird, um komplexe Probleme zu lösen.
Auch ohne Verschränkung sind Quantenmaschinen bereits in der Lage, scheinbar unlösbare Probleme zu bewältigen. So absolvierte zum Beispiel Willows Quantenchip von Google kürzlich eine benchmark-Aufgabe namens Random-Circuit-Sampling in fünf Minuten; für einen konventionellen Supercomputer hätte dieselbe Aufgabe bis zu zehn Billiarden Jahre gedauert.
