Die Welt erlebte ein erstaunliches Wachstum des Internets mit der Weiterentwicklung der verwendeten Verbindungstypen. Derzeit ist Glasfaser-Internet das schnellste Medium mit einer Geschwindigkeit von bis zu 3000 Mbit/s und einer enormen Bandbreite.
Dies ist durch den Einsatz von Siliziumchips möglich, die neben der Art des Mediums zur Datenübertragung verwendet werden. Renommierte Internetunternehmen wie z Xfinity-Internet bieten erstklassige Glasfaser- und Kabel-Internetdienste mit hervorragenden Geschwindigkeiten.
Der Fokus liegt nun jedoch auf der Entwicklung des Quanteninternets unter Verwendung von Diamanten. Ja, das ist richtig, Diamantkristalle können für den Aufbau von Internetverbindungen über große Entfernungen verwendet werden, die eine enorme Geschwindigkeit für große Datenübertragungen ermöglichen. Also, worum geht es? Wir werden es in diesem Artikel sehen. Lass uns anfangen:
Was ist Quanteninternet?
Um das Konzept zu verstehen, müssen wir sehen, wie dieses Konzept entstanden ist. Es dreht sich um die Idee der Verschränkung. „Eine gruselige Aktion aus der Ferne“ Wie Albert Einstein es nannte, ist Verschränkung ein Konzept, bei dem Diamantkristalle dazu verwendet werden können, Informationen in einem Abstand von 3 Metern voneinander zu halten.
Der Messzustand eines Quantenbits oder Qubits fixiert den anderen Zustand in der Verschränkung, was zu einem Informationsaustausch führt, der für den Datenaustausch über große Entfernungen genutzt werden kann. Mit anderen Worten: Diamantkristalle können zur Entwicklung einer Verbindung verwendet werden, die eine Verschränkung nutzt.
Wie würde Quanteninternet funktionieren?
Wie bereits erwähnt, wird das Quanteninternet die Verschränkung zur Datenübertragung nutzen. Das Phänomen wird mithilfe verschränkter Photonen stattfinden. Diese Photonen würden wiederum Glasfasern nutzen, um Qubits zu verschränken.
Das Ergebnis wäre eine superschnelle und sichere Kommunikation, die insbesondere für die Übermittlung von Daten und Software für Quantencomputer über große Entfernungen genutzt werden kann. Darüber hinaus ist die Skalierung im Vergleich zu anderen Verbindungsformen viel einfacher.
Die Verwendung fehlerhafter Diamanten und Quantenrepeater
Das Geheimnis des Prozesses ist die Erzeugung von Photonen aus Quantenlichtquellen. Die fehlerhaften Diamanten oder Kohlenstoffgitter können Stickstoffatome ersetzen. Dadurch können Qubits auf dem Spinzustand der Elektronen erzeugt werden.
Forscher, die an diesem Phänomen arbeiten, verwenden einen Laser, um Qubits bei einer Temperatur von 10 Kelvin zu verschränken. Diese müssen jedoch unbedingt in Glasfaserkabeln gesammelt werden, wo sie sich verfangen.
Obwohl das Verfahren von vielen als nicht effizient angesehen wird, kann es dennoch zu großartigen Ergebnissen führen. Vor allem beim Bau von Quantenrepeatern. Quantenrepeater würden die Übertragung von Daten über große Entfernungen mittels Quantenkommunikation ermöglichen.
Glasfasern absorbieren das Licht und eine weitere Erhöhung der Geschwindigkeit würde die Verschränkung zerstören. Daher würde der Einsatz von Quantenrepeatern diesen Fall verhindern und es ermöglichen, dass die photonenbasierte Verschränkung auch über große Entfernungen erhalten bleibt.
Der Prozess der Photonenerzeugung
Die Photonen werden mithilfe von Diamant-Nanostrukturen durch einen hochentwickelten Nanofabrikationsprozess erzeugt. Mit experimentellen Protokollen gelang es den Forschern, das Rauschen der Elektronen zu minimieren, das zuvor die Datenübertragung störte.
Darüber hinaus wurden Photonen mit einer stabilen Frequenz emittiert und die Kommunikationsrate konnte deutlich bis auf das 1000-fache gesteigert werden. Die Diamant-Nanostrukturen sind 1000-mal dünner als menschliches Haar und dienen dazu, Photonen gezielt in Glasfasern zu übertragen.
Zuvor wurde die Materialoberfläche während der Herstellung auf atomarer Ebene beschädigt, was zu einem Anstieg des Elektronenrauschens und der Verzerrung führte. Bei Diamanten schirmt jedoch die hohe Stickstoffdichte die erzeugten Lichtteilchen ab, was zu einer erfolgreichen Quantenverschränkung führt.
Warum nicht Ionen- und Atomsysteme verwenden?
Neben der Verwendung fehlerhafter Diamanten kommen auch Ionen- und Atomsysteme in Betracht. Diese sind weiter fortgeschritten und weisen eine Aufzeichnung von 14 verschränkten Qubits auf. Damit das System funktioniert, müssen die Ionen jedoch in einem Vakuum gefangen werden.
Doch im Fall von Diamanten beobachteten die Forscher erhebliche Vorteile, die das Verfahren für effizient hielten. Zunächst einmal können Qubits im Gegensatz zum Ionensystem problemlos bei Raumtemperatur gehalten werden.
Dies geschieht, wie bereits erläutert, durch das Kohlenstoffgitter, das die Photonen vor Magnetfeldern oder Vibrationen abschirmt. Darüber hinaus stellten die Forscher fest, dass alle Qubits mit leeren Diamantatomen auf alle benachbarten Kerne von Kohlenstoff- oder Stickstoffatomen übertragen werden können.
Daher würde ein Array von Speicher-Qubits erstellt, die für Sekunden existieren würden, obwohl die Diamant-Leerstellen-Qubits nur für 10 ms existieren. Mit anderen Worten: Die Existenz dieser Qubits in Sekunden wäre im Sinne des Quantencomputings für eine Ewigkeit relevant.
Abgesehen davon ist es schwierig, Hunderte von Ionenfallen für den Prozess zu erstellen. Vielmehr ist die Herstellung von Volldiamant-Chip-Baugruppen viel einfacher und für den Prozess zugänglicher.
Zukünftige Anwendungen
Die aus den Experimenten gezogenen Schlussfolgerungen verdeutlichen die Machbarkeit von Diamanten für die Entwicklung von Quantencomputern. Allerdings sind weitere Untersuchungen und Bewertungen der physikalischen Prozesse erforderlich, um die Beobachtungen und Schlussfolgerungen aus den genannten Experimenten weiterzuentwickeln und in die Praxis umzusetzen.
