Als bedeutenden Schritt auf dem Weg zum Quanteninternet ist es Wissenschaftlern der Universität Oxford erstmals gelungen, zwei der Supercomputer per Teleporting zu vernetzen.
Menschen oder Dinge wie mit Zauberhand durch die Lüfte oder gar von einem Planeten zum anderen zu bewegen, ist (noch?) reine Fiktion. Das gilt allerdings nicht für die Quantenmechanik. Hier bezeichnet „Teleportation“ die Übertragung des Zustands eines Quantenbits in Form eines Photons oder Qubits auf ein anderes Quantensystem. Am Zielort ist dabei bereits ein Quantensystem vorhanden, auf das der Zustand der Quelle bei der Quantenteleportation übergeht.
Auf dem Weg zum Quanteninternet
Genau dieses auf dem Weg zu Quantennetzwerken schon länger bekannte Prinzip hat sich ein Team der britischen Universität Oxford zunutze gemacht, um zwei unabhängige Quantenprozessoren über eine auf Photonik basierende Schnittstelle zu einem vollständigen Quantencomputer zu vernetzen.
Das Forschungsteam hat dazu eine modulare Architektur aufgesetzt, die pro Modul eine kleine Anzahl von Ionen-Qubits nutzt. Die Module kommunizieren über Lichtwellenleiter und Photonen als Übertragungsmedium, wie das Computermagazin Chip erklärt. Der springende Punkt ist dabei buchstäblich, dass durch die Quantenteleportion logische Operationen zwischen den Modulen möglich werden.
Wie das funktioniert, erklärt Dougal Main, der Hauptverfasser der Studie, so: „In unserer Studie nutzen wir Quantenteleportation, um Wechselwirkungen zwischen diesen entfernten Systemen zu erzeugen. Durch sorgfältige Abstimmung dieser Wechselwirkungen können wir logische Quantengatter zwischen Qubits durchführen, die in separaten Quantencomputern untergebracht sind. Dieser Durchbruch ermöglicht es uns, verschiedene Quantenprozessoren effektiv zu einem einzigen, vollständig vernetzten Quantencomputer zu ‚verdrahten‘.“
Riesen-Rechnerverbund im Visier
Der Versuchsaufbau hat zum ersten Mal gezeigt, dass es möglich ist, logische Quantengatter auch über Netzwerkverbindungen hinweg zu implementieren. Das könnte die Grundlage für ein Quanteninternet bilden, in dem Quantenprozessoren sicher Daten austauschen und zusammen extrem komplexe Berechnungen ausführen können.
Der Vorteil des modularen Ansatzes ist, dass die Recheneinheiten nicht alle in einem gigantischen System vereint sind, sondern mehrere kleine Module oder Prozessoren miteinander ein hochpotentes Netzwerk bilden. Theoretisch lassen sich unzählige Prozessoren so miteinander verbinden, was in der praktischen Anwendung eine hohe Skalierbarkeit verspricht.
Als Durchbruch wertet das Forscherteam der Universität Oxford, dass es sein System mit dem Grover-Algorithmus erfolgreich getestet hat. Dieser von dem amerikanischen Informativer Lov Grover 1996 veröffentlichte Suchalgorithmus gilt als einer der ersten im Quantenbereich und ermöglicht es, sehr große, unsortierte Datenbestände effizient zu durchforsten. Das beweist, dass Quantencomputer viel eher in der Lage sind, komplexe Aufgaben zügig abzuarbeiten als herkömmliche Rechner.
„Unser Experiment zeigt, dass netzwerkverteilte Quanteninformationsverarbeitung mit der heutigen Technologie machbar ist. Die Skalierung von Quantencomputern bleibt eine gewaltige technische Herausforderung, die in den kommenden Jahren wahrscheinlich neue physikalische Erkenntnisse sowie intensive technische Anstrengungen erfordern wird“, so der Teamleiter des Projekts, Professor David Lucas.
Ein weiterer Vorteil des modularen Ansatzes ist, dass sich einzelne Komponenten jederzeit anpassen oder austauschen lassen, ohne das Gesamtsystem herunterfahren zu müssen oder zu beeinträchtigen. Wenn es gelingt, den scheinbar nur noch kurzen Schritt von der Forschung in die Praxis zu vollziehen, wäre ein darauf basierendes Netzwerk nicht nur sehr sicher. Über Unternehmens- und Ländergrenzen hinweg ließen sich dann zudem hochkomplexe Berechnungen durchführen, für die selbst einzelne Supercomputer Monate brächten.
Quelle Titelbild: IBM