Quantenkommunikation: Amazon will Quantennetz mit Diamanten bauen
Quantencomputer sind auch bei AWS ein großes Thema. Bei ihrer Vernetzung sollen spezielle Diamanten helfen.
Ein Quantencomputer ist bereits eine Herausforderung, mehrere zu vernetzen, legt die Messlatte noch einmal höher. An solchen Quantennetzwerken forscht ein Team bei Amazon Web Services (AWS). Die Quanteninformation, etwa Schlüsselmaterial für Quantenverschlüsselung, lässt sich dabei mittels Photonen vom Sender zum Empfänger transportieren. Beliebig lang können die Strecken allerdings nicht werden, die Photonen gehen selbst in den besten Lichtleitern irgendwann verloren.
Wie bei elektrischen Signalen muss die Information dann aufgefrischt werden – von einem Quanten-Repeater. Wie bei der klassischen Datenübertragung muss dazu die Information zunächst aus dem ankommenden Signal extrahiert werden. Und hier kommen die Diamanten ins Spiel: Eingeschlossene Fremdatome, als Fehlstellen bezeichnet, reagieren auf das ankommende Licht, was Diamanten auch ihre Farbe gibt. Sogenannte Silizium- und Stickstoff-Fehlstellen-Zentren geben zudem erstklassige Qubits ab.
Durch die Interaktion mit dem Licht übernimmt ein freies Elektron der Fehlstelle dessen Spin. Mit weiteren Verunreinigungen lassen sich Qubits mit langer Kohärenzzeit erstellen. Sie ermöglichen es, nach einer Fehlerkorrektur die erhaltene Information erneut auf ein Photon zu übertragen und weiterzuschicken – oder, sollte sie ihr Ziel bereits erreicht haben, zu verarbeiten.
Natürliche Diamanten sind zu unordentlich
Um sich für einen Quanten-Repeater zu eignen, müssen die Fehlstellen im Kohlenstoffgitter des Diamanten allerdings regelmäßig angeordnet sein. Das funktioniert nur bei künstlichen Diamanten, die gezielt verunreinigt werden. Daher kooperiert AWS mit dem britischen Unternehmen Element Six, das auf künstliche Diamanten spezialisiert ist.
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