Wie kann ein Quantennetzwerk (Internet) möglich sein?

Sie würden das Paket per Quantenteleportation von einem Ende zum anderen übertragen, was nur klassische Kommunikation und verschränkte Ressourcen erfordert. Wenn Sie Messungen an den Qubits vornehmen, tun Sie dies nur an einer fehlerkorrigierenden Codierung der Originaldaten mit dem Ziel, eine mögliche Dekohärenz umzukehren. Sie würden eine riesige Menge verschränkter Bits an entfernten Orten benötigen, um große Mengen an Quanteninformationen zu übertragen, aber Sie würden keine Quanteninformationen an irgendeiner Durchgangsstation messen.

Niemand weiß, wie ein Quanteninternet funktionieren wird, da es noch in den Kinderschuhen steckt. Die Hauptschwierigkeit besteht darin, dass Quanteninformationen eng an ein bestimmtes physikalisches System gebunden sind. Bei der klassischen Kommunikation können Sie jedes Signal kopieren, speichern und später einfach weitersenden. In der Quantenkommunikation ist jedoch alles weg, sobald Sie das gesamte System gemessen haben. Auch die Kopplung mit der Umgebung ist ein ernsthaftes Problem für die Kommunikation.

Der Zweck des Quanteninternets besteht darin, Quanteninformationen zu verschieben, was Aufgaben wie die Verteilung von Quantenschlüsseln und die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Quantencomputern ermöglichen würde (im Gegensatz zu klassischem Computing kann ein Quantenserver an einem Job arbeiten, aber er weiß nie, woran er arbeitet ). Es gibt zwei Hauptarten der Quantenkommunikation .

Das erste Schema ist die Verwendung der Quantenteleportation . Wir gehen davon aus, dass sich zwei Parteien ein unbegrenztes verschränktes Paar teilen. Um Quanteninformationen zu übertragen, müssen sie nur lokale Operationen und klassische Kommunikation ( LOCC ) durchführen. Die Übertragung eines Qubits erfordert eine Messung an einem Teilchen eines verschränkten Paares und das Senden von zwei klassischen Bits. Das Modell erfordert eine zuverlässige Quelle, die eine große Menge verschränkter Paare erzeugt und an beide Parteien überträgt. Auch die Operationen von zwei Qubit-Gattern müssen präzise sein.

Das zweite Schema ist die direkte Übertragung von Qubits. Bei dieser Methode werden die Qubits normalerweise vom Spin-1/2-Photon getragen. Die Erzeugung des Photons beinhaltet wahrscheinlich die Übertragung von Quanteninformationen aus dem internen Zustand eines Quantencomputers und die anschließende Rückumwandlung in die empfangende Partei. Dies hängt davon ab, wie ein Quantencomputer tatsächlich funktionieren könnte, und wir wissen es noch nicht.

Beide Schemata erfordern einen „Quantenrouter“, um die Qubits zu speichern und an das richtige Ziel umzuleiten. Eine Methode besteht darin, das Licht bis fast zum Stillstand zu verlangsamen, damit es für eine Weile im Quantenrouter gespeichert werden kann. Ein anderer Ansatz wäre, Qubits vom Photon in einen atomaren Zustand zu überführen und später wieder zurück zu wandeln, der länger gespeichert werden könnte.

Wie bereits gesagt, ist unklar, wie das endgültige Quanteninternet funktionieren würde. Die Dekohärenz sollte das Hauptthema bei der Entscheidung über die praktischen Schemata sein. Wahrscheinlich werden wir das Neutrino eines Tages für die interplanetare Kommunikation verwenden, da es eine sehr schwache Wechselwirkung mit normalen Teilchen hat und so der Quantenzustand über Lichtjahre aufrechterhalten werden kann.

Nichts hindert Sie daran, Routing-Informationen über klassische Kanäle zu übertragen, dann würden die Quantenpakete gemäß den klassischen Informationen geroutet und von Empfänger und Sender in diesen Headern geteilt