Forscher der University of Central Florida (UCF) haben einen wichtigen Fortschritt im Bereich des Quantencomputings erzielt. Durch die Realisierung skalierbarer topologischer photonischer Verschränkung eröffnen sie neue Wege für die Entwicklung von Quantensystemen der nächsten Generation. Quantencomputing nutzt die Fähigkeit von Qubits, gleichzeitig mehrere Zustände einzunehmen, und verspricht, die Entwicklung neuer Medikamente zu beschleunigen, komplexe Systeme zu optimieren, die Cybersicherheit zu verbessern und Probleme zu lösen, die für herkömmliche Computer nur schwer zu bewältigen sind.
Professorin Andrea Blanco-Redondo, die an der UCF die Gruppe für Quanten-Silizium-Photonik leitet, veröffentlichte in der Zeitschrift „Science“ eine Studie über „hochdimensionale topologische photonische Verschränkung“. Sie erklärt: „Um wirklich nützliche Quantencomputer bauen zu können, benötigen wir komplexe, gegen Defekte robuste verschränkte Lichtzustände.“ Die Studie, die von Blanco-Redondo, Doktorand Javad Zakeri und dem ehemaligen Forschungswissenschaftler Armando Perez-Leija durchgeführt wurde, konzentriert sich darauf, die Quantentechnologie mithilfe der Photonik zu verbessern.
Topologische Moden sind spezielle Arten, wie sich Licht in einer Struktur ausbreitet, und sind immun gegen Defekte. Supergitter sind Beispiele für Strukturen, die solche Moden erzeugen. Blanco-Redondo erläutert: „Wir haben einen Weg gefunden, die topologisch geschützten Moden von Supergittern zu verschränken.“ Wenn Photonen verschränkt sind, kann die Messung eines Photons sofort den Zustand des anderen bestimmen und so eine Quantenverbindung herstellen. Bisher galt die Verschränkung mehrerer topologischer Zustände als Grenze, aber die neue Methode ermöglicht eine skalierbare Erzeugung bei gleichzeitigem Erhalt des topologischen Schutzes.
Das Team hat durch eine Neuanordnung von Silizium-Photonik-Wellenleiter-Arrays erreicht, dass mehrere kollokalisierte geschützte Moden unterstützt werden, ohne die Systemkomplexität zu erhöhen. Blanco-Redondo erklärt: „Wir haben einen Weg gefunden, die Wellenleiter so zu verschieben, dass ihre Konfiguration viele kollokalisierte geschützte Moden unterstützt, nicht nur eine.“ Dies macht die verschränkten Zustände robuster und erhöht die Fähigkeit, Quanteninformation zu kodieren, und legt so die Grundlage für großskalige Quanteninformationssysteme. Dieser Durchbruch könnte praktische Anwendungen im Quantencomputing und in der Quantensensorik vorantreiben, wie z. B. Präzisionsmessungen und medizinische Bildgebung.
Veröffentlichungsdetails: Autor: Aaron Eades, University of Central Florida; Titel: „Unlocking scalable entanglement will enable next-generation quantum computing“; veröffentlicht in: „Science“ (2026).
