Ingenieure der US-amerikanischen Universität Purdue University in West Lafayette haben einen Ansatz entwickelt, mit dem Quantencomputer besser vernetzt werden können und das ein Problem bei der Entwicklung von Quantennetzwerken beseitigen soll: Möglich werden soll es, eine große Anzahl miteinander verbundener Quantencomputer, Quantensensoren und anderer Quantentechnologien untereinander zu vernetzen und Daten auszutauschen. Der Ansatz der Ingenieure, der in der Zeitschrift Optica beschrieben wird, könnte ein Teil der Grundlage für die Einrichtung eines „Quanten-Internets“ sein.
So entwickelten sie eine Art programmierbaren Schalter, mit dem man einstellen kann, wie viele Daten an jeden Benutzer im Netzwerk gehen, indem man die Wellenlängen des Lichts, das die verschiedenen Datenkanäle trägt, auswählt und umleitet. Dadurch sei es möglich, die Anzahl der Benutzer zu erhöhen, ohne den Photonenverlust zu erhöhen, wenn das Netzwerk wächst. Wenn Photonen verloren gehen – was umso wahrscheinlicher wird, je weiter sie durch Glasfasernetze reisen müssen – geht auch die zugehörige Quanteninformation verloren, teilten die Forscher in dem Artikel mit.
Demnach erforderten frühere Ansätze den physischen Austausch von Dutzenden fester optischer Filter, die auf einzelne Wellenlängen abgestimmt waren, was die Möglichkeit, die Verbindungen zwischen den Benutzern anzupassen, praktisch nicht realisierbar und den Verlust von Photonen wahrscheinlicher machte. Anstatt diese festen Filter jedes Mal hinzuzufügen, wenn ein neuer Benutzer dem Netzwerk beitritt – was die Skalierung zu einem umständlichen Prozess macht – können Ingenieure den wellenlängenselektiven Switch einfach so programmieren, dass er datenübertragende Wellenlängen auf jeden neuen Benutzer umleitet. Dies würde die Betriebs- und Wartungskosten reduzieren und das Quanteninternet effizienter machen.
Der Schalter könnte auch so programmiert werden, dass er die Bandbreite an die Bedürfnisse des Benutzers anpasst; dies sei nach Angaben der Forscher mit festen optischen Filtern nicht möglich. Dies basiert auf einer ähnlichen Technologie, wie sie für die Anpassung der Bandbreite bei der klassischen Kommunikation verwendet wird, eine heute weit verbreitete Praxis. Wie bei der klassischen lichtbasierten Kommunikation ist der Schalter auch in der Lage, ein flexibles Gitter zu verwenden, um die Bandbreite auf Benutzer mit verschiedenen Wellenlängen und Standorten aufzuteilen, anstatt auf eine Reihe fester Wellenlängen mit jeweils einer festen Bandbreite beschränkt zu sein.
Verbindungen zwischen den Nutzern eines Quanteninternets herzustellen und die Bandbreite anzupassen, bedeutet, Verschränkung zu verteilen: ein quantenmechanisches Phänomen, bei dem mindestens zwei Teilchen mit „verschränkten“ Zuständen erzeugt werden. Das bedeutet, dass sie in einer festen Beziehung zueinander stehen, egal wie weit sie voneinander entfernt sind; ändert man den Zustand des einen, ändert sich der Zustand der anderen augenblicklich. Die Verschränkung ist eines der Quantenphänomene, die den Kern der Quanteninformation und des Quantencomputers bilden.
Wenn man von einem Quanteninternet spreche, gehe es um die Idee, Verschränkung aus der Ferne zwischen zwei verschiedenen Stationen zu erzeugen, zum Beispiel zwischen Quantencomputern, erklären die Forscher. Die beschriebene Methode würde die Rate verändern, mit der verschränkte Photonen zwischen verschiedenen Nutzern ausgetauscht werden. Diese verschränkten Photonen könnten als Ressource genutzt werden, um Quantencomputer oder Quantensensoren an den zwei verschiedenen Stationen zu verschränken.