Physiker lösen große Herausforderung bei der Quantensynchronisation

Bei diesem Effekt synchronisieren sich zwei

Bei diesem Effekt synchronisieren sich zwei Quantensysteme in einer Richtung, während das gleiche synchronisierte Verhalten in umgekehrter Richtung nicht auftritt. Die Umsetzung dieser Idee in ein praktisches System war bisher schwierig.

Früher vorgeschlagene Ansätze stießen auf mehrere Einschränkungen, die ihren Einsatz unter realen experimentellen Bedingungen erschweren würden. „Praktische Quantentechnologien stehen vor kritischen Herausforderungen durch zufällige Fertigungsfehler und Umgebungsrauschen", Adam Miranowicz, ebenfalls vom RQC.

Diese Faktoren unterdrücken – oder sogar vollständig zerstören – in konventionellen Ansätzen quantenmechanische Ressourcen.

Technik und Auswirkungen

Ein robusterer Weg zur Synchronisation In einer theoretischen Studie haben Nori, Miranowicz und Deng-Gao Lai nun einen Ansatz vorgeschlagen, um nichtreziproke Quantensynchronisation Phononen zu erzeugen, die Schall-basierten Teilchen, die Schwingungen übertragen.

Ihr Verfahren ist darauf ausgelegt, die praktischen Schwachstellen zu vermeiden, die frühere Schemata beeinträchtigten. „Diese Entwicklung legt ein neues Fundament für die Erzeugung Quantenressourcen mit zukünftiger praktischer Anwendbarkeit", sagt Nori. Das vorgeschlagene Verfahren kombiniert zwei getrennte Quanteneffekte, die zusammenwirken.

Es bewirkt, dass Phononen synchronisieren, wenn Licht oder ein Magnetfeld wird, verhindert jedoch die gleiche Synchronisation, wenn die Eingabe.

Technik und Auswirkungen

Die Stärke des Effekts überraschte die drei Physiker. „Wir waren begeistert, zu entdecken, dass die Quantensynchronisation auch bei erheblichen Unvollkommenheiten und Rauschen bestehen bleibt", sagt Lai. „Bisher galt dies als unmöglich, ohne komplexe Schutzmechanismen einzusetzen." Zu robusteren Quantengeräten Nori, Miranowicz und Lai betonen, dass ihre Arbeit zur Entwicklung praxistauglicherer Quantentechnologien beitragen könnte, und planen, die Idee weiterzuentwickeln. „Durch die Ermöglichung robuster nichtreziproker Quantensynchronisation ebnet unsere Forschung den Weg für zuverlässigere Quantenprozessoren und geschützte Quantenressourcen", kommentiert Lai. „Wir planen nun, Anwendungen Bereich des Quantennetzwerks und der fehlertoleranten Quanteninformationsverarbeitung zu erforschen." Referenz: „Nonreciprocal quantum synchronization", Adam Miranowicz und Franco Nori, 26.

September 2025, Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-025-63408-z