Entanglementbasierte

Entanglementbasierte Ansätze (entanglement-based) bezeichnet in der Quanteninformationstheorie die Nutzung von Quantenverschränkung als grundlegende Ressource zur Durchführung bestimmter Aufgaben, die mit klassischen Mitteln nicht oder weniger effizient erreichbar sind. Typischerweise beziehen sich entanglementbasierte Verfahren auf Protokolle in der Quantenkommunikation, -sensing oder -computing, bei denen die Quantenverschränkung zwischen zwei oder mehr Systemen genutzt wird, um starke Korrelationen, Nicht-Lokalität oder verbesserte Messgenauigkeit zu realisieren.

In der Quantenkommunikation spielt das Konzept eine zentrale Rolle. Bei entanglementbasierter Quantenkryptografie (QKD) werden verschränkte Photonenpaare zwischen Kommunikationspartnern geteilt; die gemessenen Korrelationsresultate können sicherheitsrelevante Schlüssel ergeben, ohne dass der Sicherheitsnachweis allein auf der Vorbereitung einzelner Zustände basiert. Das bekannteste Beispiel ist das E91-Protokoll von Ekert, das auf Bell-Ungleichungen beruht. Im Gegensatz dazu beruhen einige andere QKD-Protokolle auf vorbereiteten Zuständen (BB84) statt auf echter Verschränkung.

Entanglementbasierte Techniken finden sich auch in der Quanten-Teleportation und in der Quantenvernetzung. Durch Verschränkung und klassisches Kommunikationssignal können Quanteninformationen von Ort zu Ort übertragen oder über Entanglement-Swapping über große Distanzen verteilt werden, was Grundstein zukünftiger Quanteninternet-Infrastrukturen sein könnte.

Im Bereich der Quantenmetrologie ermöglichen entanglementbasierte Messsysteme, durch Nutzung von verschränkten oder gestraften Zuständen, eine verbesserte Präzision gegenüber klassischen Systemen.

Herausforderungen umfassen die Erzeugung, Verteilung und Bewahrung von Verschränkung in realen Kanälen, sowie die Verwaltung von Verlusten und Fehlern.