Forscher:innen der Oxford-Universität im Vereinigten Königreich reklamieren für sich, einen Meilenstein im Bau von Quantencomputern erreicht zu haben, den sie Quantenteleportation nennen. Wer jetzt an Scotty aus Star Trek denkt, irrt indes.

Bei der hier vollzogenen Quantenteleportation geht es um etwas anderes. Das Oxford-Team hat vielmehr separate Quantencomputer per Licht-Datenübertragung miteinander verbunden. Dann nutzten sie den Verbund, um komplexe Berechnungen auszuführen. Sie bezeichnen diesen Erfolg als „bahnbrechenden“ Fortschritt, der den Weg für leistungsstarke Quanten-Supercomputer ebnen könnte.

In einer in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Studie beschreiben die Wissenschaftler:innen um den Physik-Doktoranden Dougal Main, wie sie zwei Quantenprozessoren, die etwa zwei Meter voneinander entfernt standen, mithilfe einer „photonischen Netzwerkschnittstelle“ verknüpfen konnten. Darin sehen sie die Grundlage für ein „Quanten-Internet“ mit verteilten, ultra-sicheren Prozessoren.

Vereinfacht ausgedrückt haben die Forscher:innen damit das Äquivalent zu heutigen verteilt arbeitenden, aber zu einer Instanz vernetzten Supercomputern geschaffen. Für den Bereich des Quanten-Computings ist diese Vorgehensweise besonders interessant.

Denn eine der größten Hürden beim Bau großer Quantencomputer ergibt sich aus dem Umstand, dass diese Systeme mit steigender Zahl von Qubits immer instabiler werden. Wenn es nun gelingt, mehrere kleinere Systeme per Quantenteleportation zu einem großen zu verbinden, stellt sich das Problem nicht mehr.

„In unserer Studie nutzen wir die Quantenteleportation, um Interaktionen zwischen diesen entfernten Systemen zu erzeugen“, erklärt Main in einer Stellungnahme. „Durch die gezielte Anpassung dieser Interaktionen können wir logische Quanten-Gatter – also die Rechenoperationen, mit denen ein Quantencomputer arbeitet – zwischen Qubits ausführen, die in getrennten Quantencomputern untergebracht sind.“

Dieser Durchbruch ermögliche es, „unterschiedliche Quantenprozessoren effektiv zu einem einzigen, vollständig vernetzten Quantencomputer zu verbinden“, so Main weiter. Die Technologie erlaube es, Quantencomputer wie Module einzusetzen und ihre Leistung durch das Hinzufügen weiterer Module zu steigern, ohne die gesamte Architektur anfassen zu müssen.

Für den Forschungsleiter und Physikprofessor David Lucas ist der Erfolg besonders deshalb so wertvoll, weil er zeige, dass „netzwerkbasierte Quanten-Informationsverarbeitung mit heutiger Technologie machbar ist.“ Dennoch bleibe die Skalierung von Quantencomputern „eine gewaltige technische Herausforderung, die in den kommenden Jahren sowohl neue physikalische Erkenntnisse als auch intensive ingenieurwissenschaftliche Anstrengungen erfordern wird“, so Lucas.

Damit räumt Lucas ein, dass es bei der Entwicklung leistungsfähiger Quantencomputer weit größere technische Herausforderungen gibt als die, Systeme mittels Lichtsignalen miteinander zu verbinden. Hinzu kommt, dass Quantencomputer nach dem derzeitigen Stand der Forschung modernen Supercomputern nur in wenigen Bereichen nachweislich überlegen sind.

Die intensive Forschung und der exponentielle Fortschritt nähren allerdings den Optimismus der Wissenschaft, dass es eines Tages Quantencomputer geben wird, die Berechnungen in wenigen Stunden durchführen könnten, für die heutige Supercomputer Jahre benötigen würden.