Langlebige Qubits bringen das Quanteninternet auf 2.000 km Entfernung

Computer

Redaktionsteam der Website für technologische Innovation – 11.11.2025

Unglaublich reine Seltenerdkristalle, hergestellt mit einer neuen Technik, die den Qubits eine lange und erfolgreiche Lebensdauer garantiert. [Bild: Jason Smith/UChicago]

Quanteninternet

Die Vernetzung von Quantencomputern – zur Schaffung sicherer, schneller Quantennetzwerke , einschließlich des zukünftigen Quanteninternets – erfordert, dass die Verschränkung der Teilchen über Glasfaserkabel hinweg erhalten bleibt. Je länger diese Atome verschränkt bleiben – und somit die reziproke Quantenkohärenz aufrechterhalten wird –, desto größer ist die Entfernung, über die Quantencomputer miteinander kommunizieren können.

Aktuell beträgt die maximale Entfernung, über die zwei Quantencomputer mittels Glasfaserkabel miteinander kommunizieren können, einige Kilometer.

Shobhit Gupta und seine Kollegen an der Universität von Chicago in den USA ließen dann die Netzwerk-Hardware – Kommunikation und Signalverstärkung – beiseite und konzentrierten sich auf die Qubits selbst, um deren Verbindung zu stärken, d. h. die Zeit zu verlängern, in der sie verschränkt bleiben.

Es gelang ihnen, die Quantenkohärenzzeiten einzelner Erbiumatome von 0,1 Millisekunden auf über 10 Millisekunden zu verlängern. Dies bedeutet, dass Signale mit der aktuellen Hardware über Glasfaserkabel bis zu einer Entfernung von über 2.000 km übertragen werden könnten. In einem Fall hielt die Verbindung zwischen den beiden Atomen sogar bis zu 24 Millisekunden an. Theoretisch wären damit Quantencomputer über eine beeindruckende Distanz von 4.000 km möglich, doch dieses Ergebnis stellt noch einen Ausreißer dar.

„Zum ersten Mal ist die Technologie zum Aufbau eines Quanteninternets im globalen Maßstab in greifbarer Nähe“, sagte Professor Tian Zhong, Koordinator des Teams.

Struktur langlebiger Qubits. [Bild: Shobhit Gupta et al. - 10.1038/s41467-025-64780-6]

Langlebige Qubits

Die Innovation bestand nicht in der Verwendung neuer oder anderer Materialien, sondern darin, die Bauelemente mit denselben Materialien auf eine andere Weise herzustellen. Das Team erzeugte die zur Erzeugung von Quantenverschränkung benötigten Seltenerd-dotierten Kristalle mithilfe der Molekularstrahlepitaxie (MBE) anstelle des traditionellen Czochralski-Verfahrens.

„Die traditionelle Herstellungsmethode dieses Materials besteht im Wesentlichen darin, die Zutaten in einem Topf zu schmelzen“, sagte Zhong und bezog sich dabei auf das Czochralski-Verfahren. „Man gibt die Zutaten im richtigen Verhältnis hinzu und schmilzt dann alles. Die Mischung erreicht Temperaturen von über 2000 Grad Celsius und wird langsam abgekühlt, bis sie sich zu einem Kristall verfestigt.“

Um den Kristall in ein Computerbauteil zu verwandeln, muss er chemisch in die gewünschte Form gebracht werden. Das ist vergleichbar damit, als würde ein Bildhauer mit einem Marmorblock beginnen und alles entfernen, was nicht zur Statue gehört.

Die Molekularstrahlepitaxie (MBE) ähnelt jedoch eher dem 3D-Druck . Das Material wird aufgesprüht, wodurch dünne Schichten nacheinander entstehen und der benötigte Kristall ohne Meißel, Hammer oder Schleifarbeiten in seine exakte Endform gebracht wird – ganz im Sinne der Analogie zum Bildhauer.

„Wir haben bei Null angefangen und dieses Gerät dann Atom für Atom zusammengebaut“, sagte Zhong. „Die Qualität bzw. Reinheit dieses Materials ist so hoch, dass die Quantenkohärenzeigenschaften dieser Atome hervorragend sind.“

Das Team bereitet sich nun auf die eigentlichen Tests dieser „langlebigen“ Qubits vor, die mithilfe von 1000 km langen Glasfaserkabeln durchgeführt werden sollen. „Bevor wir Glasfaserkabel beispielsweise von Chicago nach New York verlegen, werden wir sie erst einmal hier in meinem Labor testen“, sagte Zhong.

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