Quantum Netzwerk Design
Quantentechnologien versprechen spannende Anwendungen, die weit über das hinausgehen, was mit bestehenden Plattformen möglich ist. Die Quantenkryptographie könnte die Sicherheit der Kommunikation revolutionieren, Quantensensoren ermöglichen die Messung von Größen mit noch nie dagewesener Präzision, und Quantencomputer versprechen, Probleme zu lösen, die mit den derzeitigen Systemen unlösbar bleiben. Um sie einer breiten Öffentlichkeit zugänglich zu machen und ihr volles Potenzial auszuschöpfen, müssen Quantencomputer und -geräte miteinander verbunden werden. Dies führt zu einem Quanteninternet, das eine große Herausforderung darstellt, nicht nur bei der Herstellung, sondern auch beim Entwurf, der Planung und der Organisation von Quantennetzwerken.
Quantennetzwerke verbinden Quantengeräte und der Bau von Prototypen und deren Änderung oder der Netzwerktopologie ist extrem kostspielig. Die Vision von Quantum Network Design (QND) ist es, eine Simulationssoftware bereitzustellen, mit der Sie Quantennetzwerke entwerfen, analysieren und optimieren können, bevor Sie sie aufbauen. Solche Simulationen ermöglichen eine verbesserte Planung, Machbarkeitsstudien und Ressourcenoptimierung.
Bei der Simulation solcher Netzwerke steht man vor einer großen Herausforderung, denn dieselben Eigenschaften, die gekoppelte Quantenbauelemente so leistungsfähig machen, erschweren auch ihre Simulation mit herkömmlichen Techniken. Der Ansatz von QND zur Überwindung dieser Schwierigkeiten ist zweifach: Einerseits bringen modernste Simulationsmethoden, die auf neuesten Erkenntnissen zur Beschreibung von Quantensystemen basieren, klassische Simulationen an ihre Grenzen. In Verbindung mit einem Cloud-basierten Design werden genaue Simulationen von mittelgroßen Netzwerken mit geeigneten, wenn auch vereinfachten Fehlermodellen möglich. Auf der anderen Seite bietet QND Simulationsmethoden, die bestehende Quantencomputer-Prototypen nutzen, um Quantennetzwerke effizient zu simulieren, auch wenn sie Unzulänglichkeiten aufweisen. Die Unzulänglichkeiten sind ein erwünschtes Merkmal, da sie genutzt werden, um die Leistung von realen Quantengeräten in einem Netzwerk genau zu simulieren. Die verwendete Simulationsmethode wandelt das Rauschen, das in bestehenden Quantencomputern inhärent vorhanden ist, um das Rauschen der Netzwerkgeräte und der sie verbindenden Kanäle zu simulieren. Auf diese Weise werden große Netzwerke genau simuliert und die exponentiell wachsende Simulationskomplexität überwunden, die klassische Simulationen von Quantennetzwerken begrenzt. Der Simulator Q2Sim wird zu einem zentralen Werkzeug für das Netzwerkdesign, das den Weg zu einem Quanteninternet ebnet. Dank seines Designs kann Q2Sim auch zu Bildungszwecken eingesetzt werden, um die Ausbildung von Quantennetzwerkingenieuren zu unterstützen.
QND ist ein Spin-Off-Unternehmen der Universität Innsbruck, und seine Gründer, Prof. W. Dür und PhD A. Pirker, blicken auf mehr als zwei Jahrzehnte Forschungserfahrung im Bereich der Quantennetzwerke zurück. Sie gehören zu den Pionieren der Quantennetzwerke und waren an den ersten Vorschlägen zur Ermöglichung von Quantenkommunikation mit großer Reichweite durch Quanten-Repeater beteiligt. Jetzt wollen sie dieses Wissen nutzen, um Quantennetzwerke Wirklichkeit werden zu lassen - und Österreich an die Spitze der Entwicklung von Quantentechnologie zu bringen.
QND-Gründer Professor Wolfgang Dür
QND-Gründer Dr. Alexander Pirker, PhD