Quanteninternet: Netzwerkherausforderungen im verteilten Quantencomputing

Das Quanteninternet, ein Netzwerk, das entfernte Quantengeräte über Quantenverbindungen in Synergie mit klassischen verbindet, wird als die letzte Phase der Quantenrevolution angesehen, die grundlegend neue Kommunikations- und Rechenkapazitäten eröffnet. Das Quanteninternet wird jedoch von den Gesetzen der Quantenmechanik bestimmt. Phänomene ohne Entsprechung in klassischen Netzwerken, wie No-Cloning, Quantenmessung, Verschränkung und Quanten-Teleportation, stellen neue herausfordernde Einschränkungen an das Netzwerkdesign. Konkret basieren die Funktionen klassischer Netzwerke auf der Annahme, dass klassische Informationen sicher gelesen und kopiert werden können. Diese Annahme gilt im Quanteninternet jedoch nicht. Folglich erfordert sein Design einen grundlegenden Paradigmenwechsel im Netzwerk, um die spezifischen Eigenschaften der Quantenmechanik zu nutzen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Herausforderungen und offenen Probleme des Designs von Quanteninternet aufzuzeigen. Zuerst führen wir einige grundlegende Kenntnisse der Quantenmechanik ein, die erforderlich sind, um die Unterschiede zwischen einem klassischen und einem Quanten Netzwerk zu verstehen. Dann stellen wir die Quanten-Teleportation als die Schlüsselstrategie vor, um Quanteninformationen zu übertragen, ohne das Teilchen, das die Quanteninformation speichert, physisch zu transferieren oder die Prinzipien der Quantenmechanik zu verletzen. Schließlich werden die wichtigsten Forschungsherausforderungen beim Entwurf von Quantenkommunikationsnetzwerken diskutiert.