Supraleitender Schaltkreis besteht erstmals Quantentest
Zum ersten Mal hat ein supraleitender Schaltkreis einen Bell-Test bestanden und damit bewiesen, dass seine Quantenbits tatsächlich miteinander verschränkt sind. Dies ist ein bedeutender Meilenstein für Quantencomputing und -verschlüsselung, da es die Fähigkeit der Plattform bestätigt, einzigartige Quantenfunktionen für technologische Anwendungen zu nutzen.
Was ist ein Glockentest?
Ein Bell-Test ist der wichtigste Test in der Physik zur Bestätigung des Quantenverhaltens eines Systems. Wenn zwei Teilchen miteinander verschränkt sind, wirkt sich die Messung der Eigenschaften des einen sofort auf die gemessenen Eigenschaften des anderen aus, was als nicht-lokale Korrelation bezeichnet wird. Der Test für diesen seltsamen Quanteneffekt heißt Bellsche Ungleichung, die eine Grenze dafür festlegt, wie oft Teilchen zufällig in denselben Zustand gelangen können, ohne dass eine tatsächliche Verschränkung vorliegt. Die Verletzung der Bellschen Ungleichung ist ein Beweis dafür, dass ein Teilchenpaar tatsächlich verschränkt ist.
Wie wurde der Test durchgeführt?
Bell-Tests wurden in vielen Systemen durchgeführt, jedoch nie an einem supraleitenden Schaltkreis. Die beiden verschränkten Systeme müssen so weit voneinander entfernt sein, dass in der Zeit, die zur Messung beider Systeme benötigt wird, kein Signal mit Lichtgeschwindigkeit zwischen ihnen hätte wandern können. Dies lässt sich in einem supraleitenden Schaltkreis nur schwer testen, da das Ganze auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt gehalten werden muss.
Für den Test verbanden Simon Storz von der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich und seine Kollegen die beiden verschlungenen Teile des Schaltkreises mithilfe von Mikrowellen, die durch ein gekühltes 30 Meter langes Aluminiumrohr geschickt wurden, während jedes Qubit in seinem eigenen Kühlschrank aufbewahrt wurde. Anschließend verwendeten sie einen Zufallszahlengenerator, um zu entscheiden, welche Art von Messung an den Qubits durchgeführt werden sollte, um jegliche menschliche Voreingenommenheit zu vermeiden.
Die Forscher führten mehr als 4 Millionen Messungen mit einer Rate von 12.500 Messungen pro Sekunde durch – eine Geschwindigkeit, die erforderlich ist, um sicherzustellen, dass jedes Messpaar schneller erfolgt, als Licht durch die Röhre zwischen den beiden Qubits wandern kann. Als sie alle diese Datenpunkte zusammen analysierten, stellten sie mit hoher Sicherheit fest, dass die Bellsche Ungleichung verletzt war und die Qubits tatsächlich das erlebten, was Albert Einstein als „spukhafte Fernwirkung“ bezeichnete, wie erwartet.
Was bedeutet das für Quantencomputing und Verschlüsselung?
Der Erfolg der Verbindung der Qubits über 30 Meter ist besonders vielversprechend für Quantencomputing und Verschlüsselung. Dies ist ein möglicher Weg zur Vergrößerung supraleitender, schaltungsbasierter Quantencomputer, beispielsweise in zukünftigen Quanten-Supercomputer-ähnlichen Zentren.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dieser Durchbruch im Quantencomputing und in der Verschlüsselung einen bedeutenden Meilenstein auf diesem Gebiet darstellt und weitere Entwicklungen dieser Technologie die Art und Weise, wie wir Daten verarbeiten und Informationen sichern, revolutionieren könnten.
