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Quantennetzwerk

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Unter einem Quantennetzwerk (manchmal auch Quanteninternet<ref>The Quantum Internet</ref>) versteht man die Verbindung von Quanteninformationsträgern (Quantenknoten) mittels Quantenkanälen. Die Struktur eines Quantennetzwerks ähnelt der eines klassischen Netzwerks, aber die Übertragung von Information erfordert ein anderes Vorgehen als bei einem klassischen System.

Grundlagen

Aufbau von Quantennetzwerken

Die Struktur eines Quantennetzwerks ähnelt der eines klassischen Netzwerks. Die Knoten sind einzelne Qubits oder Quantencomputer. Diese werden miteinander verbunden, z. B. durch Glasfaserleitungen, über die Photonen ausgetauscht werden. Die Übertragung von Information erfordert ein anderes Vorgehen als bei einem klassischen System. In einem klassischen System kann man durch Messung vollständige Informationen über einen beliebigen Zustand erhalten und damit den Zustand kopieren. In einem quantenmechanischen System ist das unmöglich, denn der Quantenzustand eines Qubits lässt sich aufgrund des No-Cloning-Theorems nicht kopieren. Man kann jedoch den Zustand selber übertragen, wenn man Eigenschaften der Quantenverschränkung ausnutzt. Das entsprechende Verfahren heißt Quantenteleportation. Damit überträgt man den quantenmechanischen Zustand eines Quantensystems (Quelle), z. B. eines Photons oder eines Qubits, auf ein anderes Quantensystem (Ziel). Der Zustand der Quelle wird durch die Übertragung verändert. Ist die Übertragungsstrecke so groß, dass Pfadverluste eine Rolle spielen, bietet sich der Einsatz von Quantenrepeatern an.

Quantennetzwerke für die Kommunikation

Sollen Verbindungen zwischen weit entfernten Orten Methoden der Quantenkryptographie nutzen (Long-Distance Quantum Communication<ref>Long-distance quantum communication with atomic ensembles and linear optics</ref>), wird ein Netzwerk von Repeaterstationen benötigt, das der Infrastruktur des heutigen Internet ähnelt. Ein solches Quantennetzwerk ist noch weit entfernt vom alltäglichen Einsatz. Prototypen der dafür benötigten Bausteine wurden aber bereits international in Labors implementiert.

Das weltweit größte Netzwerk aus Quantenkommunikationsnetzwerken verbindet Shanghai und Peking und integriert über 700 Lichtleiter und zwei Satellit-Verbindungen, wodurch es Knoten mit Entfernungen von bis zu 4.600 km möglich ist Quantenschlüssel auszutauschen. Dabei wurde eine Trusted-Relay-Struktur verwendet.<ref>{{#if: | [[{{{authorlink}}}|Vorlage:Cite book/Name]] | Vorlage:Cite book/Name 

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Quantennetzwerke zur Erhöhung der Rechenleistung

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Rundfunkberichte

Einzelnachweise

<references />

Literatur

  • Seth Lloyd, Jeffrey H. Shapiro, and Franco N. C. Wong, Prem Kumar, Selim M. Shahriar, and Horace P. Yuen: Infrastructure for the Quantum Internet; in: ACM SIGCOMM Computer Communications Review Volume 34, Number 5: Oktober 2004, S. 9–20.
  • John Preskill: Plug-in quantum software, Nature, Volume 402, 25. November 1999, S. 357–358
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