Quantencomputer sind zwar leistungsstark und extrem schnell, doch ihre Verbindung über große Entfernungen stellte bisher eine Herausforderung dar. Bislang betrug die maximale Entfernung zwischen zwei über Glasfaserkabel verbundenen Quantencomputern nur wenige Kilometer; die Distanz zwischen dem Südcampus der Universität Chicago und dem Willis Tower in der Innenstadt von Chicago überstieg diese Reichweite bei Weitem und machte eine Kommunikation unmöglich. Diese Situation dürfte sich jedoch bald ändern.

Eine heute in *Nature Communications* veröffentlichte Studie zeigt, dass ein Team um Zhong Tian, Assistenzprofessor an der Pritzker School of Molecular Engineering der Universität Chicago, die maximale Reichweite von Quantencomputerverbindungen theoretisch auf 2.000 Kilometer erweitern kann. Mit dieser Methode kann der Quantencomputer der Universität Chicago mit einem Quantencomputer außerhalb von Salt Lake City, Utah, kommunizieren. Professor Zhong, der für diese Arbeit mit dem Sturgeon-Preis ausgezeichnet wurde, erklärte: „Die Technologie zum Aufbau eines globalen Quanteninternets ist nun in greifbarer Nähe.“

Der Aufbau von Quantennetzwerken erfordert verschränkte Atome, die über Glasfaserkabel verbunden werden. Je länger die Atome ihre Quantenkohärenz aufrechterhalten, desto größer ist die Verbindungsdistanz. Zhong und sein Team konnten die Quantenkohärenzzeit eines einzelnen Erbiumatoms von 0,1 Millisekunden auf über 10 Millisekunden steigern und erreichten in einem einzigen Experiment sogar 24 Millisekunden. Theoretisch ermöglicht dies Quantencomputern Verbindungen über mehr als 4000 Kilometer. Ihre Innovation liegt in der Verwendung der Molekularstrahlepitaxie (MBE) anstelle des traditionellen Czochralski-Verfahrens zur Herstellung von Seltenerd-dotierten Kristallen. Professor Zhong erklärte, dass das traditionelle Verfahren dem Brennen in einem Ofen ähnelt, während MBE eher dem 3D-Druck gleicht. Dabei wird das Bauelement Atom für Atom aufgebaut, was zu hochwertigen Materialien und exzellenten atomaren Quantenkohärenzeigenschaften führt. Bisher wurde die MBE-Technologie nicht zur Herstellung dieser Art von Seltenerd-dotiertem Material eingesetzt. Zhongs Team arbeitete daher mit Experten für Materialforschung zusammen, um die Technologie weiterzuentwickeln. Dr. Hughes de Ridmarten, Professor am Institut für Photonikwissenschaften, lobte diese Methode als hochinnovativ und bezeichnete sie als skalierbaren Weg zur Herstellung vernetzbarer Qubits.

Als Nächstes werden Professor Zhong und sein Team testen, ob die verlängerte Kohärenzzeit es Quantencomputern ermöglicht, sich über große Entfernungen miteinander zu verbinden. Zunächst werden sie zwei Qubits im Labor mithilfe eines 1.000 Kilometer langen Spiralkabels verbinden und später einen dritten Kühlschrank bauen, um ein lokales Netzwerk für Simulationsexperimente zu bilden. Damit arbeiten sie dem Ziel eines realen Quanteninternets näher.

Weitere Informationen: Shobhit Gupta et al., „Dual epitaxial telecom spin-photonic interfaces with long lifetime coherence“, *Nature Communications* (2025). Zeitschrifteninformationen: *Nature Communications*