Bei erfolgreicher Implementierung könnte Quantenkommunikation eine äußerst sichere Methode zur Informationsübertragung sein - es sind jedoch große Hindernisse zu überwinden. Kürzlich schlugen Physiker zumindest theoretisch einen Weg vor, um das vielleicht größte dieser Probleme zu überwinden: die Quantenkommunikation über „reale“ Netzwerke mit schwerwiegenden Fehlern wie Leckagen und über Entfernungen von mehr als 10 Kilometern zu ermöglichen.

Alle Probleme, die den Fortschritt der Quantenkommunikation verlangsamen, haben mit der Grundlage der Quantenkommunikation zu tun, einem Phänomen, das als "Quantenverschränkung" bezeichnet wird. Eine Quantenverschränkung tritt auf, wenn zwei Quanteninformationsträger, wie Photonen, die Existenz und das Wissen des anderen kennen Der jeweilige Quantenzustand des anderen, obwohl er noch nie zuvor interagiert hat und physisch getrennt ist. Es ist ein besonderer Effekt der seltsamen, mysteriösen Welt der Quantenphysik.

Derzeit sind Photonenkanäle wie Glasfaserkabel die einzig realistische Wahl für die Quantenkommunikation. Das Erzeugen einer Quantenverschränkung mit hoher Wiedergabetreue zwischen Photonen an zwei entfernten Orten wird jedoch exponentiell schwieriger, wenn der Abstand zwischen ihnen zunimmt, was die reale Implementierung der Quantenkommunikation ernsthaft behindert. Die Erweiterung der Reichweite auf praktische Entfernungen bleibt auf vielen Ebenen eine Herausforderung.

Wie sie kürzlich in einem Artikel in Physical Review A erörterten, schlagen Physiker der Universität Nanjing in China ein Quantenkommunikationsnetzwerk vor, in dem eine Verschränkung über eine große Entfernung konzeptionell möglich ist.

Das grundlegende Netzwerk, das sie vorschlagen, besteht aus einem Sende- und einem Empfangsknoten, die mit einem Quantenkanal (z. B. einem Glasfaserkabel) gekoppelt sind, der einen optischen Zirkulator enthält, eine Glasfaserkomponente, die es ermöglicht, dass Signale gleichzeitig in beide Richtungen eine Glasfaser entlang laufen .

Innerhalb des Sende- und Empfangsknotens befindet sich ein Quantenpunkt (typischerweise ein sehr kleiner Atomcluster, der sich im Quantensinn wie ein einzelnes Atom verhält) in einer Mikrokavität. Jeder Punkt kann sich in einem von drei Quantenzuständen befinden: einem Grundzustand, einem angeregten Zustand und einem Zwischenzustand. Jeder Zustand ist ein Qubit oder ein Quantenbit, die grundlegendste Quanteninformation, beispielsweise wie eine „0“ oder eine „1“ ein Stück Computerspeicher bildet.

Diese Qubits sind stationär. Das Schema enthält auch ein "fliegendes Qubit", eine mobile Quanteninformation, die sich zwischen ihnen bewegt.

Das fliegende Qubit ist in diesem Fall ein Lichtimpuls mit einer bestimmten Form. Der Puls wirkt wie ein Mittelmann, der zunächst mit dem sendenden Qubit verwickelt ist, aber seine Verwicklung mit dem empfangenden Qubit austauscht, wodurch das sendende und das empfangende Qubit verwickelt bleiben.

Dieses Schema vermeidet, wenn seine Parameter richtig und sorgfältig angepasst werden, einige der Probleme, die bei anderen vorgeschlagenen Methoden auftreten, und kann nach Ansicht der Wissenschaftler nahezu perfekte Wiedergabetreue liefern.

Zitierweise: Physical Review A 76, 052302 (2007)

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