Technik

Quanten-Prozessoren reden jetzt direkt miteinander – MIT zwingt Technik zum Umdenken

von Artisan Baumeister · 19. April 2025

Forschenden am MIT ist ein Durchbruch bei der Vernetzung von Quantenprozessoren gelungen. Der photon-shuttling Interconnect erlaubt eine direkte all-to-all-Kommunikation zwischen supraleitenden Qubits – eine Schlüsselinnovation für skalierbare Quantencomputernetze und das zukünftige Quanteninternet.

Inhaltsübersicht

Einleitung
Wie das MIT mit supraleitenden Wellenleitern neue Verbindungen schafft
Die größten Hürden: Photonenverluste und Fern-Verschränkung
Das vernetzte Quantenzeitalter: Was jetzt möglich wird
Fazit

Einleitung

Vernetztes Quantencomputing galt lange als visionär – jetzt wird es technisch greifbar. Ein Forschungsteam am MIT hat eine Technologie realisiert, die eine echte Lücke in der Infrastruktur schließt: den photon-shuttling Interconnect. Damit können supraleitende Quantenprozessoren erstmals direkt in alle Richtungen miteinander kommunizieren, und zwar mit über 60 % Effizienz bei der Photonen-Übertragung. Was auf den ersten Blick wie ein Spezialdetail aus der Physik wirkt, ist in Wirklichkeit ein entscheidender Schritt für die Skalierung verteilter Quantenrechner. Genau darin liegt der Schlüssel, um Quantencomputing aus der Laborsimulation in praxisrelevante Rechenleistungen zu überführen – für Wirtschaft, Kryptographie und Wissenschaft.

Wie das MIT mit supraleitenden Wellenleitern neue Verbindungen schafft

Quantenprozessoren arbeiten heute meist isoliert – leistungsfähig, aber allein. Die MIT Quantenforschung hat genau hier angesetzt: Wie bringt man einzelne Chips dazu, direkt und effizient miteinander zu kommunizieren? Der Schlüssel liegt im sogenannten Photon-Shuttling, einer Technologie, die auf supraleitenden Waveguides beruht. Diese übernehmen die Aufgabe, Quanteninformationen in Form von Mikrowellenphotonen zwischen Chips zu übertragen – leise, schnell und ohne Umweg.

Der Aufbau dahinter ist modular. Mehrere Quantenmodule, jeweils mit vier Qubits bestückt, docken über speziell entwickelte Schnittstellen an den gemeinsamen supraleitenden Waveguide an. Die Qubits erzeugen gezielt verschränkte Mikrowellenphotonen – winzige Energiepakete, die dann durch den Waveguide zu einem anderen Quantenprozessor gesendet werden. Dort wartet eine Empfangseinheit, die das Photon auffängt und den verschränkten Zustand weiterträgt. Genau hier liegt das Innovationspotenzial: Mit einer Photon-Absorptionseffizienz von über 60% gelingt es erstmals, diesen Prozess zuverlässig und reproduzierbar zu gestalten.

Technisch betrachtet entsteht so ein skalierbares all-to-all-Kommunikationsnetzwerk – jeder Prozessor kann mit jedem anderen direkt interagieren. Diese Kombination aus effizientem Transport und exakt kalibrierten Schnittstellen ebnet den Weg für Remote-Entanglement – also Quantenverschränkung über Distanz hinweg – und ist ein Fundament für das zukünftige Quantencomputernetzwerk.

Die Implikationen sind greifbar: Ob verteiltes Quantencomputing oder funktionales Quanteninternet – das photonische Shuttle-Prinzip stellt zum ersten Mal echte physikalische Verbindungen für die Ära des skalierbaren Quantencomputings bereit.

Die größten Hürden: Photonenverluste und Fern-Verschränkung

Warum Licht nicht einfach ankommt

Der Kern jeder Kommunikation zwischen Quantenprozessoren sind einzelne, gezielt erzeugte Mikrowellenphotonen. Diese winzigen Energiepakete übertragen Informationen in supraleitenden Systemen – präzise, aber empfindlich. Und genau hier beginnt das Problem: Photonenverluste.

Die Mikrowellenphotonen müssen durch einen supraleitenden Waveguide reisen, der sie mit minimalem Widerstand weiterleitet. Doch jedes Bauteil, jede Ungenauigkeit kann Absorption oder Streuverluste verursachen. Selbst Bruchteile eines Prozents werden in einem Quantencomputernetzwerk spürbar – denn Quanteninformation ist flüchtig. Physiker am MIT mussten daher die Photon-Absorptionseffizienz über 60 % steigern – ein technisches Kunststück, das gezielte Materialwahl, geometrische Optimierung und exakte Kalibrierung voraussetzte.

Fern-Verschränkung? Nur mit Taktgefühl

Noch kritischer ist die sogenannte Remote-Entanglement, also die Verschränkung zweier Qubits in getrennten Prozessoren. Damit diese Quantenbits sich wie ein gemeinsames System verhalten, müssen sie synchronisiert sein – auf die Nanosekunde genau. Aus der Ferne zwei Qubits durch ein geteiltes Photon zu verschränken, erfordert, dass Sender- und Empfängermodul nahezu identisch reagieren. Ob sie räumlich 10 Zentimeter oder einen Meter voneinander getrennt sind: Der taktile Gleichklang entscheidet über Erfolg oder Scheitern.

Hierfür wurden Steuerprotokolle entwickelt, die Quantenkohärenz länger stabil halten und Reaktionszeitunterschiede ausgleichen. Ohne diese Präzision hätte das System keine Chance, jemals als all-to-all-Kommunikation in einem echten verteilten Quantencomputing-Szenario zu funktionieren.

Die Forscher am MIT zeigen: Direkt vernetzte Quantenprozessoren sind möglich – wenn man bereit ist, um jedes einzelne Photon zu kämpfen.

Das vernetzte Quantenzeitalter: Was jetzt möglich wird

Das MIT hat mit dem Photon-Shuttling Interconnect ein fehlendes Puzzlestück im Quantencomputing eingeführt: Quantenprozessoren können nun über einen supraleitenden Waveguide direkt miteinander sprechen. Was bedeutet das für Wirtschaft und Forschung? Kurz gesagt: vieles wird erstmals machbar – einiges realistischer.

Quanten treffen auf Netzwerkarchitektur

Bisher war die Skalierung von Quantencomputern oft ein lokales Problem: Man versuchte, möglichst viele Qubits auf einen Chip zu quetschen. Jetzt wird verteiltes Quantencomputing greifbar – mehrere kleinere, spezialisierte Chips, verbunden über eine all-to-all-Kommunikation, arbeiten gemeinsam an komplexen Rechenproblemen.

Über den supraleitenden Waveguide werden Mikrowellenphotonen mit über 60 % Photon-Absorptionseffizienz transportiert – genug, um Remote-Entanglement (also Fernverschränkung zwischen Qubits) zuverlässig zu erzeugen. Das eröffnet neue Forschungsperspektiven in der Materialforschung, der Kryptografie und bei simulationsbasierten Anwendungen wie der Arzneimittelentwicklung.

Von wissenschaftlich zu wirtschaftlich

Wer profitiert? In erster Linie Forschungslabore, die bereits Quantenprototypen aufgebaut haben – etwa Partner des MIT oder auch große Technologiekonzerne mit Quantenambitionen. Wann? Die Technologie ist demonstriert, aber noch nicht kommerziell verbreitet. In drei bis fünf Jahren könnte sie erste hybride Plattformen antreiben: vernetzte Quantenmodule, orchestriert im Rechenzentrum.

Langfristig bildet diese Architektur das Rückgrat für ein Quanteninternet – ein Netzwerk, in dem Quanteninformationen sicher über mehrere Standorte hinweg ausgetauscht werden. Mit dem Photon-Shuttling Interconnect ist dieser Gedanke erstmals technologisch konkret geworden. Nicht als Vision. Sondern als technische Machbarkeit.

Fazit

Die Entwicklung des photon-shuttling Interconnects markiert eine technologische Wegscheide: Erstmals rückt ein skalierbares, verteiltes Quantencomputing in greifbare Nähe. Für Labore, Unternehmen und staatliche Akteure weltweit ist dies ein Weckruf, sich mit der neuen Infrastruktur auseinanderzusetzen. Die nächsten Jahre könnten darüber entscheiden, wer die kommunikationsfähige Quanteninfrastruktur zuerst etabliert – und damit einen strategischen Vorteil im zukünftigen IT-Ökosystem erlangt. Parallel müssen Standardisierung, Sicherheit und wirtschaftliche Modelle für das Quanteninternet entwickelt werden. Fest steht: Die Ära isolierter Einzelchips ist vorbei.

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