Einem Team der Universität Stuttgart in Deutschland ist ein Durchbruch in der Quantenkommunikation gelungen: Erfolgreiche Teleportation von Quanteninformationen zwischen Photonen, die von völlig separaten Lichtquellen erzeugt werden. Dieser Meilenstein bringt die Vision eines sicheren Quanteninternets über große Entfernungen der Realität deutlich näher.
Die Herausforderung der Quantenentfernung
Herkömmliche Internetsignale können mit Verstärkern verstärkt werden, bei Quantendaten ist das jedoch anders. Jeder Versuch, ein Quantensignal zu verstärken, lässt seinen empfindlichen Zustand zusammenbrechen und macht es unbrauchbar. Um Quanteninformationen über große Entfernungen zu senden, benötigen Sie Lichtquellen, die identische Photonen erzeugen – Teilchen, die nicht voneinander zu unterscheiden sind.
Dies stellte eine große Hürde dar: Es ist unglaublich schwierig sicherzustellen, dass zwei unabhängige Quellen Photonen mit denselben Eigenschaften erzeugen. Subtile Unterschiede können den Quantenzustand während der Teleportation zerstören.
Quantenpunkte: Der Schlüssel zur Stabilität
Die Forscher lösten dieses Problem mit Quantenpunkten : nanoskaligen Halbleitern, die Licht mit äußerst präzisen Frequenzen emittieren. Diese Punkte erzeugen so ähnliche Photonen, dass sie praktisch austauschbar sind. Dies ermöglicht das „Bouncen“ von Quanteninformationen über Netzwerke mit sich wiederholenden Stationen ohne Verlust oder Unterbrechung.
„Weltweit ist es uns erstmals gelungen, Quanteninformationen zwischen Photonen zu übertragen, die aus zwei verschiedenen Quantenpunkten stammen“, sagt der Physiker Peter Michler von der Universität Stuttgart.
Wie Quantenteleportation funktioniert (es ist nicht das, was Sie denken)
Der Begriff „Teleportation“ ist irreführend. Forscher bewegen keine Materie; Sie übertragen einen Quantenzustand – die in einem Photon kodierte Information – von einem Teilchen auf ein anderes. Dies erfordert, dass sich die beiden Photonen in einem „unscharfen“ Quantenzustand befinden und vor allem nicht unterscheidbar sind.
Das Stuttgarter Team zeigte, dass dies auch dann funktionieren kann, wenn die Photonen von unterschiedlichen Quantenpunkten stammen, und öffnete damit die Tür zur Skalierung von Quantennetzwerken. Das Experiment lief über ein standardmäßiges 10-Meter-Glasfaserkabel und bewies die Kompatibilität mit der bestehenden Infrastruktur.
Warum das wichtig ist: Quantensicherheit
Die Auswirkungen sind enorm. Ein durch diese Technologie gesichertes Quanteninternet könnte das Abhören unmöglich machen. Quantenkommunikation ist von Natur aus sicher, da jeder Versuch, das Signal abzufangen, es verändert und sowohl Sender als auch Empfänger alarmiert.
Die aktuelle Teleportations-Erfolgsquote liegt bei knapp über 70 %, aber die Forscher arbeiten daran, sie zu verbessern. Eine weitere Priorität ist die Vergrößerung der Distanz.
Dieser Durchbruch zeigt, dass die auf Quantenpunkten basierende Technologie schnell ausgereift ist und einen wichtigen Baustein für zukünftige sichere Kommunikationsnetzwerke darstellt. Der Wettlauf um den Aufbau eines funktionierenden Quanteninternets ist eröffnet, und dieses Experiment markiert einen entscheidenden Schritt nach vorne.
