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Quanteninternet: Klassische Netzwerktechnik überträgt Quanteninformation


Ein Forschungsteam der University of Pennsylvania hat in einem Experiment Quanteninformationen über klassische Internetprotokolle, Router und Glasfaserkabel übertragen. Damit demonstrierte das Team, dass zukünftiges Quanteninternet möglicherweise in Teilen auf bestehender Netzwerktechnik basieren könnte. Die Studie erschien im Fachmagazin Science.

Ein Quanteninternet könnte zukünftig zentrale Herausforderungen in der Kommunikation und Datenverarbeitung lösen. Es verspricht abhörsichere Datenübertragung und die Vernetzung von Quantencomputern. So könnten diese Informationen austauschen oder gemeinsam komplexe Berechnungen durchführen.

Doch der Aufbau eines Quantennetzwerks ist mit vielen technischen Hürden verbunden. Quantenobjekte sind extrem empfindlich gegenüber äußeren Einflüssen wie Vibrationen oder Temperaturveränderungen. Selbst minimale Störungen können die Informationen zerstören, die sie tragen. Hinzu kommt, dass herkömmliche Netzwerktechniken, wie Signalverstärker und Router, Quantensignale nicht ohne Weiteres verarbeiten können.

Mehrere Studien konnten bereits belegen, dass herkömmliche Glasfaserkabel Quanteninformation übertragen können. So etablierte etwa ein Team aus England, Polen und den Niederlanden kürzlich Quantenkommunikation über ein 250 Kilometer langes, kommerzielles Glasfaserkabel zwischen Frankfurt am Main und Kehl bei Straßburg. Photonen, also einzelne Lichtteilchen, trugen die Information dabei vom Sender zum Empfänger.

Ob typische Internetprotokolle und weitere Netzwerktechnik für den Transport von Quanteninformationen genutzt werden können, ohne diese zu zerstören, blieb bislang aber weitgehend unerforscht.

Um diese beiden Bereiche zu verbinden, kombinierte das Team um Yichi Zhang der University of Pennsylvania klassische und quantenbasierte Daten zu einem hybriden Datenpaket. Das bekannte Internetprotokoll (IP) teilt Informationen in Datenpakete auf, versieht sie mit Kopfdaten (einem Header) und ordnet sie so über eine IP-Adresse den Zielen zu. Mit einer ähnlichen Idee entwickelte das Team einen Chip, der einen klassischen Header mit der zu übertragenden Quanteninformation, der sogenannten Quantum-Payload, kombiniert. Die Quanteninformation kodierten sie innerhalb von verschränkten Photonenpaaren.

Mithilfe des Headers adressierten Router die hybriden Datenpakete korrekt und leiteten sie weiter, ohne auf die sensiblen Quanteninformationen zuzugreifen. Zusätzlich integrierten die Forschenden ein Fehlererkennungssystem in den IP-Header, das Störungen von außen erkennt und abmildert, bevor sie die Quanteninformationen beeinträchtigen. Dieses System erwies sich während eines fünfstündigen Tests als wichtiges Werkzeug, um die Quanteninformationen zu erhalten, wie das Team in seiner Publikation schreibt.

Um ihr Konzept zu testen, entwickelte das Team drei verschiedene Teststrecken über eine Strecke von bis zu sieben Kilometern. Dabei nutzte es Glasfaserkabel, Router und Knotenpunkte, um Quanteninformationen an mehrere Adressen zu übertragen. Im größten Aufbau leitete das Team Quanteninformationen von zwei möglichen Absendeadressen über zwei Router zu drei möglichen Zieladressen. Laut der Forschenden demonstrieren ihre Ergebnisse, dass hybride Datenpakete stabil über ein klassisches Netzwerk transportiert werden können.


Knotenpunkt des Quantennetzwerks

Knotenpunkt des Quantennetzwerks

Dieser Knotenpunkt des Quantennetzwerks ist etwa einen Kilometer von der Quelle des Quantensignals entfernt. Sie sind über ein Glasfaserkabel miteinander verbunden.

(Bild: Sylvia Zhang)

„In vielerlei Hinsicht wird ein Quanteninternetprotokoll auch unseren klassischen Internetprotokollen ähneln“, erklärt Hannes Bernien, Quantenforscher an der Universität Innsbruck, der nicht an der Studie beteiligt war. Wie dies funktionieren könne, hätten die Forscher mit ihrer Studie auf elegante Weise gezeigt und so einen wichtigen Schritt hin zu einem skalierbaren Quanteninternet gemacht.

„In einem klassischen Netzwerk gibt es allerdings viele weitere Komponenten, die fundamental nicht mit Quantensignalen kompatibel sind“, gibt Bernien zu bedenken. Signalverstärker, die längere Distanzen überwinden sollen, seien aufgrund physikalischer Gesetze in der Quantenwelt nicht möglich. „Insofern denke ich, dass ein Quantennetzwerk immer eine eigene Infrastruktur benötigen wird.“

Quantennetzwerke, die Informationen abhörsicher übertragen, sind mittlerweile bereits kommerziell verfügbar und funktionieren über Distanzen bis zu etwa 100 Kilometern. Spannend sei aber vor allem die Vernetzung von Quantencomputern oder Quantensensoren. „Für mich ist ein Quanteninternet erst dann richtig interessant, wenn es Quantenprozessoren verbindet“, sagt Bernien. „Das ist eigentlich genauso wie bei unserem heutigen Internet, das ja ohne Computer ziemlich langweilig wäre.“

Solch ein Quantennetzwerk würde etwa Cloud-Computing ermöglichen. „Man geht mittlerweile davon aus, dass ein modularer Ansatz verwendet werden muss, um einen Quantencomputer der notwendigen Größe zu bauen“, sagt der Forscher. Statt einen großen Quantenrechner zu bauen, verknüpft man also viele kleine mithilfe eines Quantennetzwerks.

Das Team aus Pennsylvania sehen ihre Arbeit als Grundlage für weitere Entwicklungen. Mit fortschreitender Technik könnten hybride Netzwerke mit höheren Datenraten und größerer Skalierbarkeit realisiert werden, um den steigenden Anforderungen eines Quanteninternets gerecht zu werden. Die Kombination aus klassischer Netzwerktechnik und Quantensystemen könnte dabei helfen, die bestehende Infrastruktur effizient zu nutzen, während sie schrittweise für die Bedürfnisse von Quantenanwendungen angepasst wird.


(spa)



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Nobel-Gedenkpreis Wirtschaft für Forschung zu anhaltendem Wachstum


Die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften hat Joel Mokyr, Philippe Aghion und Peter Howitt dem diesjährigen Sveriges Riksbank Prize in Economic Sciences in Memory of Alfred Nobel ausgezeichnet. Die Akademie würdigt damit die Arbeit zum stetigen Wachstum von Volkswirtschaften der drei Ökonomen.

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Der Preis geht zur einen Hälfte an den israelisch-amerikanischen Wirtschaftshistoriker Joel Mokyr, weil er „die Voraussetzungen für nachhaltiges Wachstum durch technologischen Fortschritt“ identifiziert habe, begründet die Akademie.

Die andere Hälfte teilen sich der Franzose Philippe Aghion und der Kanadier Peter Howitt. Sie zeichnet die Akademie für ihre „Theorie des nachhaltigen Wachstums durch kreative Zerstörung“ aus. Der Preis ist mit 11 Millionen schwedischen Kronen (rund 950.000 Euro) dotiert.

„Die Arbeit der Preisträger zeigt, dass Wirtschaftswachstum nicht selbstverständlich ist. Wir müssen die Mechanismen, die der kreativen Zerstörung zugrunde liegen, aufrechterhalten, damit wir nicht wieder in Stagnation zurückfallen“, sagte John Hassler, Vorsitzender des Komitees für den Preis für Wirtschaftswissenschaften. Während der nahezu gesamten Menschheitsgeschichte habe sich der Lebensstandard der Menschen von Generation zu Generation nur unwesentlich verändert. Der Normalfall sei Stagnation gewesen. Gelegentliches Wachstum nach großen Entwicklungen wie etwa der Druckerpresse sei schließlich wieder verebbt.

Das habe sich in den letzten rund 200 Jahren geändert, sagte Hassler: Die technische Entwicklung schreite rasch voran, Innovationen wie neue Medikamente, sicherere Autos oder das Internet hätten die Stagnation abgelöst. Neue Produkte und Produktionsmethoden ersetzten in einem nie endenden Kreislauf alte. Das sei die Grundlage für anhaltendes Wirtschaftswachstum, das zu einem besseren Lebensstandard, einer besseren Gesundheit und einer höheren Lebensqualität für Menschen auf der ganzen Welt führe.

Mokyr, Aghion und Howitt hätten Antworten auf Fragen liefern können, wie sich nachhaltiges Wachstum auf Basis von Innovationen erklären lasse und welche Konflikte in einer Gesellschaft entstünden, wenn neue Dinge die alten ersetzten, sagte Hassler: Mokyr deckte anhand historischer Quellen die Faktoren auf, wie stetiges Wachstum zur neuen Normalität geworden ist.

Auch Aghion und Howitt beschäftigten sich mit den Mechanismen hinter stetigem Wachstum. Sie entwickelten 1992 ein mathematisches Modell für kreative Zerstörung: Kommt ein neues und besseres Produkt auf den Markt, ersetzt es den Vorgänger, die Hersteller des alten Produkts verlieren an Bedeutung. Innovation ist damit gleichzeitig kreativ und destruktiv.

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In der Fragerunde nach der Verkündung kritisierte Aghion indirekt die Wirtschaftspolitik von US-Präsident Donald Trump: „Es gibt momentane Trends zu Deglobalisierung und Zollbarrieren. Diese Dinge sind Hindernisse für das Wachstum, weil man einen großen Markt benötigt, um weiter zu wachsen“, sagte er am Telefon. „Offenheit ist ein Wachstumstreiber. Und alles, was der Offenheit im Weg steht, ist ein Wachstumshemmnis.“ Er erwähnte Trump zwar nicht namentlich, sagte aber: „Ich heiße die protektionistische Welle in den USA nicht willkommen – sie ist nicht gut für das Wachstum und die Innovation.“

Joel Mokyr wurde 1946 in Leiden in den Niederlanden geboren. Er promovierte in Yale und lehrte an der Northwestern University in Evanston im US-Bundesstaat Illinois sowie an der Eitan Berglas School of Economics in Tel Aviv.

Philippe Aghion kam 1956 in Paris zur Welt. Er promovierte 1987 an der Harvard University und wurde Professor in Paris am Collège de France und der INSEAD sowie an der London School of Economics and Political Science. Der 1946 geborene Kanadier Peter Howitt hat einen Lehrstuhl an der Brown University in Providence im US-Bundesstaat Rhode Island inne. Er promovierte 1973 an der Northwestern University.

Am Montag der vergangenen Woche wurde der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin an Mary E. Brunkow, Fred Ramsdell und Shimon Sakaguchi verkündet. Sie erhalten die Auszeichnung für ihre Entdeckungen zur peripheren Immuntoleranz. Am Dienstag folgte der Physiknobelpreis an John Clarke, Michel H. Devoret und John M. Martinis vergeben für die Entwicklung von quantenmechanischen Schaltkreisen.

Am Mittwoch verkündete die Akademie den Chemienobelpreis: Ihn erhalten Susumu Kitagawa, Richard Robson und Omar Yaghi für die Entwicklung von metallorganischen Gerüsten. Der Literaturnobelpreis in diesem Jahr bekommt der ungarische Schriftsteller László Krasznahorkai „für sein unwiderstehliches und visionäres Œuvre, das inmitten apokalyptischen Terrors die Macht der Kunst bekräftigt“. Mit dem Friedensnobelpreis 2025 wird venezolanische Politikerin María Corina Machado für ihren Einsatz für die Demokratie in ihrem Land ausgezeichnet.


(wpl)



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Ehang stellt neues autonomes Flugtaxi vor


Das chinesische Unternehmen Ehang hat ein autonomes Flugtaxi vorgestellt, das für längere Strecken in Ballungsräumen wie etwa dem Jangtse-Delta konzipiert ist. Mit seinem elektrischen Antrieb startet und landet das Ehang VT35 senkrecht (eVTOL steht für ‚electric vertical take-off and landing‘). Es fliegt autonom und kann zwei Passagiere befördern.

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Das eVTOL ist 8,26 Meter lang, 3 Meter hoch und hat eine Spannweite von 8,16 Metern. Das maximale Startgewicht liegt bei 950 Kilogramm. Acht elektrisch betriebene Rotoren ermöglichen das senkrechtes Starten und Landen. Für den Horizontalflug verfügt das VT35 über Tragflächen. In der Luft übernimmt ein elektrischer Druckpropeller den Vortrieb. Die Reisegeschwindigkeit soll gut 210 km/h betragen. Voll beladen kommt es laut Ehang 200 Kilometer weit, bei einer Flugzeit von etwa einer Stunde.

Empfohlener redaktioneller Inhalt

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The EHang VT35 – a next-generation long-range pilotless passenger eVTOL

Das VT35 sei für die Personenbeförderung in niedrigen Höhen in der Stadt sowie für interurbane Korridore gedacht (Urban Air Mobility, UAM), teilte Ehang mit. Das Unternehmen hat im April die Genehmigung für UAM-Dienste in Guangzhou (Kanton) in der Provinz Guangdong im Südosten des Landes und in Hefei in der ostchinesischen Provinz Anhui erhalten. Dort ist zunächst das Fluggerät EH216-S eVTOL im Einsatz. Das VT35 kann die dafür gebauten Vertiports nutzen.

„Das VT35 wird zusammen mit dem auf den städtischen Raum ausgerichteten EH216-S ein umfassendes intelligentes Luftmobilitätsnetzwerk bilden“, sagte Huazhi Hu, Gründer und Chef von Ehang, bei der Vorstellung am Montag.

Das VT35 soll dabei auf kurzen bis mittlere Strecken in urbanen Räumen eingesetzt werden. Als Beispiele nennt das Unternehmen die großen Ballungsräume wie das Jangtse-Delta, das Perlfluss-Delta oder die Region Peking-Tianjin-Hebei einsetzen. Weitere Einsatzmöglichkeiten sieht es auf Inselgruppen.

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Die Standardversion des VT35 soll in China 6,5 Millionen Yuan kosten, umgerechnet knapp 790.000 Euro.


(wpl)



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