In Zusammenarbeit mit Microsoft: Photonic gelingt Quantenverschränkung bei Telekom-Wellenlängen

Einleitung

Die Zusammenarbeit zwischen Microsoft und Photonic markiert einen bedeutenden Fortschritt im Bereich der Quantennetzwerke und Quantencomputing. Ein bemerkenswerter Meilenstein wurde erreicht: die erfolgreiche Übertragung von Quanteninformation zwischen zwei physikalisch getrennten Qubits in einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung unter Verwendung von Photonen bei Telekom-Wellenlängen. Diese Leistung ebnet den Weg für zukünftige Entwicklungen in der Quantenkommunikation und dem Quanteninternet.

Photonics Spin-Photon-Architektur

Photonics Spin-Photon-Architektur ist ein innovatives Konzept, das die Informationsspeicher- und Informationsverarbeitungsfähigkeiten von Silizium-Spin-Qubits mit den Informationsübertragungsfähigkeiten von Photonen kombiniert. Diese Architektur ermöglicht Quantenkommunikation durch den nativen Betrieb im O-Band der Telekom-Wellenlängen, was ihr Potenzial zur globalen Skalierung durch die Nutzung bestehender Telekom-Fasern erhöht. Silizium-Spin-Qubits dienen als Grundlage für die Speicherung und Verarbeitung von Informationen, während Photonen als Träger für die Informationsübertragung fungieren.

Quantenlogikgatter

Sowohl klassische als auch Quantencomputer nutzen Logikgatter, um Eingabedaten in Ausgaben umzuwandeln. In Quantencomputern spielt das kontrollierte NOT (CNOT)-Gatter eine zentrale Rolle. Dieses Gatter operiert auf zwei Qubits: einem Kontrollqubit und einem Zielqubit. Wenn der Zustand des Kontrollqubits 0 ist, bleibt der Zustand des Zielqubits unverändert. Ist der Zustand des Kontrollqubits jedoch 1, wird der Zustand des Zielqubits invertiert. Die Implementierung solcher Logikgatter, sowohl innerhalb als auch zwischen Modulen, ist entscheidend für Quantenberechnungen in großem Maßstab.

Verteilte Quantenverschränkung

Durch die Zusammenarbeit mit Microsoft hat Photonic eine verteilte Quantenverschränkung zwischen Silizium-Spin-Qubits in getrennten Kryostaten erreicht, die durch ein 40-Meter-Faseroptikkabel verbunden sind. In drei aufeinander aufbauenden Demonstrationen konnte das Team:

1. Die Ununterscheidbarkeit der Photonen, die die Quanteninformation übermittelten, verifizieren.
2. Die Qubits erfolgreich mit diesen Photonen verschränken.
3. Eine Remote-Quantenlogikgattersequenz für ein teleportiertes CNOT-Gatter zwischen physikalisch getrennten Qubits ausführen.

Diese Errungenschaften demonstrieren die Fähigkeit, einen Quantencomputer in einer industriellen Umgebung zu betreiben und Logikgatter zwischen Qubits an verschiedenen Standorten durch Teleportation auszuführen. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die langstreckige Quantenkommunikation und die Skalierung von Quantencomputern.

Ausblick und zukünftige Entwicklungen

Dieser Meilenstein ist von großer Bedeutung für die Quantenkommunikation und hat das Potenzial, sichere Schlüsselverteilung und zuverlässige, langstreckige Quantennetzwerke zu ermöglichen. Die drei Stufen des Quantennetzwerks werden wie folgt definiert:

1. Punkt-zu-Punkt-Verbindung: Erreichung der Verschränkung zwischen zwei separaten Quantenapparaten.
2. Verbindung mehrerer Quantengeräte: Schaffung von Verbindungen zwischen verschiedenen Standorten.
3. Quanteninternet: Ermöglichung langstreckiger Quantenkommunikation.

Die weitere Zusammenarbeit zwischen Microsoft und Photonic zielt darauf ab, die Quantennetzwerkfähigkeiten in die Microsoft Azure-Cloud zu integrieren und Quantenlösungen für Kunden bereitzustellen. Dies wird es den Nutzern von Azure Quantum Elements ermöglichen, Photonics Hardware zu nutzen und komplexe wissenschaftliche Probleme zu lösen.

Abschluss

Microsoft und Photonic teilen die Vision, Systeme zu schaffen und zu skalieren, die dazu beitragen können, globale Probleme zu lösen. Die verantwortungsvolle Entwicklung und Bereitstellung von Quantentechnologien und Künstlicher Intelligenz ist dabei von zentraler Bedeutung, um wissenschaftliche Herausforderungen zu meistern und nachhaltige Lösungen zu finden. Mit diesen Fortschritten kommen wir der Realisierung eines Quanteninternets und der Integration von Quantencomputing in den Alltag einen großen Schritt näher.

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