Zwei Forschungsteams zeigen: Entfernte Qubits können sich selbstständig verschränken

Das Zusammenspiel aus Antrieb und dem gerichteten Zerfall in den Wellenleiter stabilisiert die entfernten Qubits autonom. Die Forschenden beschreiben das Konzept als kohärenten Quantenabsorber und berichten von einer stationären Fernverschränkung, deren Stabilisierung nicht von der Entfernung zwischen den Qubits abhängen soll .

Frühere theoretische Arbeiten der Gruppe hatten bereits untersucht, wie robust ein solches dissipatives Verfahren gegenüber Verlusten im chiralen Wellenleiter sein kann .

ISTA: Ein Reservoir aus verschränkten Mikrowellenphotonen

Das Team um Johannes Fink am ISTA verfolgt einen anderen Ansatz. Ein Josephson-Parametrischer-Konverter erzeugt ein zweimodig gequetschtes Mikrowellenfeld – ein kontinuierliches, bereits verschränktes Lichtfeld. Dieses dient als gemeinsames Quantenreservoir für zwei räumlich getrennte supraleitende Transmon-Qubits .

Durch die Kopplung an dieses Reservoir entspannen die Qubits autonom in einen stationären, verschränkten Zustand. Die Verschränkung wird hier also nicht primär durch einen gerichteten Kanal erzeugt, sondern aus dem Reservoir selbst auf die Qubits übertragen.

Die Ergebnisse wurden am 13. Juli 2026 in Physical Review X unter dem Titel „Distributing stationary qubit entanglement through a non-local squeezed reservoir“ veröffentlicht .

Der zentrale Unterschied: UIUC nutzt gerichtete Dissipation in einem Wellenleiter. ISTA verwendet ein nichtlokales, intrinsisch verschränktes Reservoir aus korrelierten Mikrowellenphotonen.

Eine mehr als 20 Jahre alte Theorie bestätigt

Das ISTA-Experiment bestätigt eine theoretische Vorhersage, die vor mehr als 20 Jahren formuliert wurde: Zwei Qubits können allein durch ihre Kopplung an eine gemeinsame Quelle korrelierten, gequetschten Lichts in einen stationär verschränkten Zustand gelangen – ohne aktive Steuerung und ohne Messung .

Die Idee war zuvor nur unter idealisierten Bedingungen beschrieben worden. Das ISTA-Team hat sie nun erstmals experimentell umgesetzt .

Wie viel Verschränkung kommt tatsächlich bei den Qubits an?

Der Prototyp überträgt derzeit etwa 10 Prozent der verfügbaren Verschränkung des Quantenbads auf die Qubits . Das ist noch deutlich weniger als bei manchen Verfahren mit aktiver Steuerung. Die Forschenden betonen deshalb den Nachweis des Prinzips und nicht eine bereits optimale Effizienz .

Der Vorteil liegt an anderer Stelle: Das Reservoir ist kontinuierlich verfügbar. Die Qubits müssen nicht auf ein seltenes, exakt passendes Zusammentreffen von Pulsen oder Messereignissen warten.

Was bedeutet das für Quantencomputer?

Die beiden Experimente weisen auf mehrere mögliche Anwendungen hin:

• Modulare Quantencomputer: Künftige Quantenprozessoren könnten aus mehreren getrennten Modulen bestehen. Eine autonome Verschränkung könnte diese Module verbinden, ohne dass jede Verbindung mit aufwendig synchronisierten Pulsen und wiederholten Messungen hergestellt werden muss .

• Synchronisation mehrerer Qubits: Das ISTA-Team beschreibt sein Verfahren als vergleichsweise einfach und grundsätzlich skalierbar, um mehrere entfernte Qubits zu synchronisieren .

• Ständig verfügbare Quantenressource: Weil die Verschränkung kontinuierlich stabilisiert wird, könnte sie für weitere Quantenoperationen oder perspektivisch für Verfahren zur Fehlerkorrektur bereitstehen . Das bedeutet jedoch noch nicht, dass ein fehlertoleranter Quantencomputer damit bereits erreicht wäre.

• Baustein für Quantennetzwerke: Beide Ansätze arbeiten mit supraleitenden Qubits und Mikrowellenphotonen und passen damit grundsätzlich zu bestehender Quantenhardware. Schnittstellen zu optischen Photonen könnten solche Module später möglicherweise über Glasfasern verbinden .

Die unmittelbare Effizienz des ISTA-Aufbaus ist mit rund 10 Prozent noch begrenzt. Der konzeptionelle Fortschritt besteht darin, dass die Verschränkung nicht ständig aktiv neu „angestoßen“ werden muss. Sollte sich die Übertragungseffizienz weiter verbessern lassen, könnten solche Quantenbäder eine Grundlage für verteilte Quantencomputer und Netzwerke bilden, die deutlich weniger auf perfektes Timing angewiesen sind.