Kilometer voraus: Chinesisches Team vervierfacht den Rekord für die Entfernung der Atomverschränkung

Chinesische Wissenschaftler haben einen neuen Weltrekord für Quantenverschränkung über große Entfernungen aufgestellt, indem sie die Verschränkung von kalten Atomen über 420 Kilometer erreichten, viermal mehr als der bisherige Rekord. Die Leistung, die in einer am 11. August in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlichten Studie detailliert beschrieben wurde, markiert einen großen Sprung in der Quantenkommunikationstechnologie. Forscher der Universität für Wissenschaft und Technologie Chinas in Hefei unter der Leitung des Physikers Pan Jianwei zeigten, dass verschränkte Zustände über solche weiten Entfernungen mit Quantenspeichereinheiten aufrechterhalten werden können, was die Tür zu groß angelegten Quantennetzwerken öffnet.

Das Experiment umfasste zwei Quanten-Speichereinheiten, die jeweils eine Wolke aus lasergekühlten Rubidium-Atomen enthielten, die 420 Kilometer voneinander entfernt und über eine optische Faser miteinander verbunden waren.

Die Quantenverflechtung, ein Phänomen, bei dem Partikel unabhängig von ihrer räumlichen Trennung untrennbar miteinander verbunden werden, ist zentral für die Entwicklung von Quantentechnologien. Während Wissenschaftlern es zuvor gelungen ist, Photonen über weite Entfernungen durch Freiraumverbindungen oder optische Fasern zu verflechten, erhöht die Einführung des Quantengedächtnisses die Komplexität.

Die Forscher betonten, dass ihre Arbeit eine Plattform für die Erforschung von Quantennetzwerk-Anwendungen außerhalb städtischer Gebiete bietet. Solche Netzwerke könnten sichere Kommunikationen revolutionieren, eine ultraschnelle Datenverarbeitung ermöglichen und fortschrittliche wissenschaftliche Experimente unterstützen. Die Fähigkeit, Verwicklungen über Hunderte von Kilometern aufrechtzuerhalten, ist ein entscheidender Schritt zur Verwirklichung eines globalen Quanten-Internet, in dem Informationen mit beispielloser Sicherheit und Geschwindigkeit übertragen werden. Dieser Durchbruch baut auf jahrelangen Fortschritten in der Quantenwissenschaft auf, insbesondere in China, wo erhebliche Investitionen in die Quantenforschungsinfrastruktur getätigt wurden.

Das Land hat bereits Quanten-Schlüsselverteilungssysteme demonstriert, die in der Lage sind, Kommunikationen über Tausende von Kilometern zu sichern. Jetzt scheint China mit dieser jüngsten Leistung den Wettlauf zu führen, um praktische Quantentechnologien zu entwickeln, die globale Kommunikationsstandards neu definieren könnten. Die Auswirkungen dieser Forschung gehen über die theoretische Physik hinaus. Indem das chinesische Team bewies, dass die Verschränkung über solch weite Entfernungen aufrechterhalten werden kann, hat es sich mit einer der wichtigsten Herausforderungen beim Ausbau von Quantennetzwerken befasst.

Zu den zukünftigen Anwendungen könnte die satellitengestützte Quantenkommunikation gehören, bei der verwickelte Teilchen zwischen Bodenstationen und umlaufenden Satelliten geteilt werden, was die Reichweite der Quantentechnologien weiter ausdehnt.