Neues Paper zu Quantenteleportation erschienen:
In den vergangenen Jahren haben Quantennetzwerke in der Forschung zunehmend an Bedeutung gewonnen. Sie könnten nicht nur die Sicherheit kritischer Infrastrukturen erhöhen, sondern auch neue Anwendungen ermöglichen – von der sicheren Vernetzung von Quantencomputern bis hin zu einem zukünftigen Quanteninternet. Voraussetzung dafür ist die zuverlässige und hochfrequente Erzeugung fliegender Qubits sowie deren Zustandsteleportation über große Distanzen. Denn großflächige Quantennetzwerke benötigen die Fähigkeit, Quanteninformationen zwischen weit voneinander entfernten Knoten zu übertragen.
Für diese Aufgabe gelten Photonen derzeit als vielversprechendste Kandidaten: Sie sind mit bestehender Kommunikationsinfrastruktur kompatibel, robust gegenüber Dekohärenz und verfügen über leicht manipulierbare Freiheitsgrade. Insbesondere der Polarisationsfreiheitsgrad hat sich aufgrund seiner Flexibilität und geringen Rauschanfälligkeit als optimal für die Verteilung von Quantenzuständen und Quantenkorrelationen über weite Strecken erwiesen. Allerdings wird die globale Photonenverteilung stets durch Rauschen und Verluste auf dem Übertragungsweg beeinträchtigt, was den Bedarf an Quantenrelais und Quantenrepeatern unterstreicht. Diese können Verluste ausgleichen, indem sie Quanteninformationen zwischen weit voneinander entfernten Netzwerkknoten weiterleiten.
Trotz erheblicher Fortschritte bei der Leistung deterministischer Photonenquellen bleibt es jedoch eine Herausforderung, unterschiedliche Quantenemitter für die Realisierung eines funktionierenden Quantenrelais zwischen weit voneinander entfernten Teilnehmern einzusetzen. Ein internationales Forschungsteam – mit Beteiligung von Wissenschaftler:innen aus dem QR.N‑Konsortium an den Standorten Paderborn, Garching, Würzburg und Karlsruhe – hat nun einen wichtigen Schritt in diese Richtung gemacht. In einem neuen Paper zeigen sie, wie diese Herausforderung durch die Verwendung ungleicher Quantenpunkte überwunden werden kann.
Im Experiment haben die Forschenden zwei ungleiche Halbleiter-Quantenpunkte so präpariert, dass sie sich für die Teleportation von Polarisations-Qubits eignen. Dafür wurden ihre elektronischen und optischen Eigenschaften gezielt durch Licht-Materie-Wechselwirkung, gezielte Verspannung in mehreren Achsen und Magnetfelder angepasst. Die Demonstration wurde in einem hybriden Quantennetzwerk und nahinfraroten Photonen realisiert: Ein Teil der Verbindung erfolgte über Glasfaser, ein anderer über eine 270 m lange optische Freiraumstrecke auf dem Campus der Sapienza-Universität in Rom. Das Teleportationsprotokoll greift auf eine GPS-basierte Synchronisation, ultraschnelle Einzelphotonendetektoren und aktive Stabilisierungssysteme zurück, die atmosphärische Turbulenzen kompensieren. Die dabei erreichte Güte (fidelity) der Teleportation betrug bis zu 82 ± 1 % und liegt damit um mehr als zehn Standardabweichungen über der klassischen Grenze – ein deutlicher Nachweis für die erfolgreiche Teleportation über ein hybrides Quantennetzwerk unter realen Bedingungen. Hier gibt es weitere Informationen zum Paper.
Quellennachweis: https://www.nature.com/articles/s41467-025–65911‑9