Physiker lösen große Herausforderung bei der Quantensynchronisation

Viele Technologien basieren Komponenten, die wie einseitige Routen funktionieren: Sie lassen Teilchen oder Signale in einer Richtung leicht passieren, begrenzen Bewegung in die entgegengesetzte Richtung jedoch stark.

Diese nichtreziproken Komponenten sind bereits Mikrowellen- und optischen Systemen ßer Bedeutung, da sie zur Führung unerwünschter Reflexionen beitragen. „Nichtreziproke Komponenten ermöglichen Signalen, entlang gewünschter Pfade zu laufen, während sie in die entgegengesetzte Richtung stark gedämpft werden", Franco Nori vom RIKEN Center Quantum Computing (RQC).

Diese Fähigkeit findet Anwendung Bereichen unsichtbaren Tarnmantel. Einbahnverhalten erreicht Quantensysteme Ein wichtiges Ziel für Physiker ist Erzeugung nichtreziproker Quantensynchronisation Labor. Bei diesem Effekt synchronisieren sich zwei Quantensysteme in einer Richtung, während das gleiche synchronisierte Verhalten in umgekehrter Richtung nicht auftritt.

Umsetzung dieser Idee in ein praktisches

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 Umgebungsrauschen", Adam Miranowicz, ebenfalls vom RQC.

Diese Faktoren unterdrücken – oder sogar vollständig zerstören – in konventionellen Ansätzen quantenmechanische Ressourcen. Ein robusterer Weg Synchronisation In einer theoretischen Studie haben Nori, Miranowicz Deng-Gao Lai nun einen Ansatz vorgeschlagen, um nichtreziproke Quantensynchronisation Phononen zu erzeugen, Schall-basierten Teilchen, Schwingungen übertragen.

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

Es bewirkt, dass Phononen synchronisieren, wenn

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

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

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