Als Teleportation (auch Beamen genannt, von engl.: beam "der Strahl") bezeichnet man den Transport eines Gegenstandes von einem Ort zu einem anderen in minimaler Zeit, ohne dass das Objekt dabei physisch den dazwischen liegenden Raum durchquert. Diesbezüglich soll Forschern der Uni Oxford (England) jetzt nach eigenen Angaben ein großer Durchbruch gelungen sein.
Nämlich, logische Gatter – die Grundkomponenten eines Computeralgorithmus – zwischen zwei Quantenprozessoren zu teleportieren, die mehr als zwei Meter voneinander entfernt waren. Mithilfe von Lichtteilchen (oder Photonen) konnten die Wissenschaftler eine gemeinsame Quantenverbindung zwischen den beiden getrennten Geräten herstellen.
Quantengatter ermöglichen es Quantencomputern, ihre Berechnungen parallel durchzuführen, dank der Fähigkeit von Qubits, gleichzeitig als Null oder Eins zu existieren. Dies macht Quantencomputer so leistungsfähig für bestimmte Aufgaben wie Kryptographie, Optimierung und das Durchsuchen großer Datensätze.
In dieser Studie verwendeten die Forscher aus Oxford zwei separate Quantenmodule, die jeweils gefangene Ionen-Qubits enthielten. Diese Qubits wurden in zwei Kategorien unterteilt: Netzwerk-Qubits (die für die Kommunikation zuständig sind) und Schaltkreis-Qubits (die für die Computerberechnungen verantwortlich sind). Die entscheidende Innovation bestand darin, die Module durch Lichtteilchen (Photonen) zu verbinden, wodurch ein gemeinsamer Quantenzustand zwischen den beiden Systemen geschaffen wurde. Mithilfe der Teleportation von Quantengattern war das Team in der Lage, Operationen aus der Ferne auszuführen und sicherzustellen, dass die beiden Module wie ein einziger Quantenprozessor funktionierten.
Einfach ausgedrückt, half die Teleportation dabei, mehrere kleinere Quantengeräte miteinander zu verbinden, um die Rechenleistung eines viel größeren Computers zu erzeugen. Die Ergebnisse zeigen, dass Quantencomputersysteme auch dann als eine Einheit funktionieren können, wenn ihre Komponenten räumlich voneinander getrennt sind – eine Voraussetzung für das Quanteninternet.
Auch in den USA arbeiten Wissenschaftler fieberhaft daran, das Quanteninternet Wirklichkeit werden zu lassen. Im Jahr 2024 gelang es einem Team in Harvard, Qubits dazu zu bringen, ihre Quantenverschränkung zwischen weit entfernten Orten auszutauschen. Verschränkung ist das Phänomen, bei dem zwei Teilchen, z. B. ein Paar Photonen (Lichtteilchen), auch dann noch eng miteinander verbunden sind, wenn sie durch große Entfernungen voneinander getrennt sind. Dies ermöglicht es ihnen, Informationen auszutauschen, ohne physisch reisen zu müssen.
Der Durchbruch könnte das "Skalierbarkeitsproblem" lösen, das den Bau brauchbarer Quantencomputer erschwert hat. Derzeit müsste ein einzelner Computer, der Millionen von Qubits verarbeiten kann, jedoch gigantische Ausmaße haben. Qubits (oder Quantenbits) ersetzen die herkömmlichen Bits eines Standardcomputers und bilden in der Quanteninformatik die Grundlage für Quantencomputer, Quantenkommunikation.
Der neue Durchbruch ändert all das, denn er ermöglicht es den Wissenschaftlern, Daten zwischen einer Reihe kleinerer Geräte zu übertragen, anstatt eine einzige riesige Maschine zu bauen.
Während herkömmliche Bits Daten in Form von Nullen und Einsen speichern und übertragen, nutzen Qubits die Quantenphysik, um in beiden Zuständen gleichzeitig zu existieren. Aus diesem Grund könnten Quantengeräte eines Tages die Computerindustrie revolutionieren, da sie die Verarbeitungsgeschwindigkeit eines Computers drastisch erhöhen können.
Trotz der vielversprechenden Ergebnisse ist der Durchbruch bei der Teleportation noch nicht abgeschlossen. Die Studie zeigt, dass die Wissenschaftler ein Quantengatter zwischen zwei separaten Modulen mit einer Genauigkeit von 86 Prozent teleportiert haben. Das ist zwar immer noch eine beeindruckende Quote, aber sie liegt unter der für praktische Quantencomputer erforderlichen Fehlertoleranz. Die Wissenschaftler müssen dieses Ergebnis auf weit über 99 Prozent verbessern, bevor die Quantentechnologie in der Praxis zuverlässig eingesetzt werden kann.
Dies ist nicht das erste Mal, dass Wissenschaftlern die Quantenteleportation gelungen ist. Frühere internationale Teams haben gezeigt, wie durch Teleportation Daten von einem Ort zum anderen übertragen werden können, ohne Qubits zu bewegen. Ende 2023 gelang es Wissenschaftlern sogar, ein Bild mithilfe von Licht zu teleportieren – ohne das Bild selbst physisch zu versenden. Laut dem Oxford-Team ist dies jedoch der erste Fall, in dem Quantengatter (die Basiskomponenten von Algorithmen) über große Entfernungen teleportiert wurden. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Logikgatter, das Informationen aus regulären Bits, die Nullen und Einsen tragen, manipuliert, arbeiten Quantengatter auf der Grundlage der Daten von Qubits.
