In einer Entwicklung, die entweder das Quantencomputing revolutionieren oder Physikern eine neue Ausrede liefern wird, nichts manuell tun zu muessen, haben Forscher am Institute of Science and Technology Austria (ISTA) eine Methode demonstriert, Qubits mithilfe eines 'Quantenbads' zu verschraenken - ohne aktive Kontrolle, ohne wiederholte Messungen, nur ein Strom korrelierter Photonen, der die ganze Arbeit erledigt. Veroeffentlicht in Physical Review X, bestaetigt das Experiment endlich eine Vorhersage, die vor ueber 20 Jahren gemacht wurde, und markiert das erste Mal, dass verschraenkte Zustaende sich selbst zusammengesetzt haben.

Verschraenkung, das Quantenphaenomen, bei dem Teilchen Korrelationen teilen, die der klassischen Logik trotzen, ist entscheidend fuer den Bau groesserer Quantencomputer und -netzwerke. Bisher mussten Wissenschaftler entweder ein einzelnes aktiv kontrolliertes Photon zwischen Qubits senden oder Photonen von jedem Qubit abgleichen - eine Methode, die 2022 den Nobelpreis fuer Physik einbrachte, aber dennoch auf Nachauswahl angewiesen ist und nicht immer funktioniert.

Betreten Sie Alejandro Andres-Juanes und Johannes Fink am ISTA, die zusammen mit internationalen Kollaborateuren beschlossen, die Umgebung die Arbeit machen zu lassen. Ihr 'Quantenbad' - eine gemeinsame Quelle korrelierter Lichtteilchen - synchronisiert automatisch entfernte Qubits und stabilisiert die Verschraenkung sogar ueber die Lebensdauer der Qubits hinaus. 'Bei unserer Methode ist das Quantenbad die Quelle der Verschraenkung', sagt Fink. 'Es erzeugt einen neuen Grundzustand durch einen kontinuierlichen Strom korrelierter Photonen.' Das Ergebnis: verschraenkte Zustaende, die fuer die Quantenverarbeitung verfuegbar bleiben, wann immer sie benoetigt werden, statt nur fuer fluechtige Momente.

Das Team nutzte Mikrowellenphotonen, um die Qubits an die Photonenquelle zu koppeln, und profitierte dabei von ihrer niedrigen Energie und der bestehenden Supraleiter-Qubit-Technologie. Um zu bestaetigen, dass die Qubits tatsaechlich synchronisiert waren, verwendeten sie Quantentomographie und machten Messungen, die nur 20-80 Nanosekunden dauerten (eine Nanosekunde ist ein Milliardstel einer Sekunde), um die Quantenzustaende zu rekonstruieren.

Dieser Proof-of-Concept-Prototyp ist 'eine relativ einfache Methode, die skaliert werden koennte, um mehrere entfernte Qubits zu synchronisieren', sagt Andres-Juanes. Aber er ist noch nicht effizient - aktuell werden nur etwa 10% der verfuegbaren Verschraenkung des Bads uebertragen. Die Forscher vermuten, dass die 20-jaehrige Luecke zwischen Theorie und Experiment darauf zurueckzufuehren ist, dass die urspruenglichen idealisierten Bedingungen fuer reale Labore etwas zu perfekt waren. Trotzdem bietet der Prototyp neue Moeglichkeiten fuer quantenoptische Experimente und koennte helfen, Quantenprozessoren in Richtung fehlertoleranten Betriebs zu treiben. Denn ehrlich, wer moechte nicht Verschraenkung auf Autopilot?