Repeater für Quantenkommunikation sind gefunden

Mathematik, Kunst, Fraktal Bildquelle: J.Gabás Esteban / Flickr
Münchener Forscher sind dem Aufbau Quantenphysik-basierter Kommunikations­netzwerke ein Stück weit näher gekommen. Sie fanden einen Ansatz, mit Repeatern eine der größten Schwierigkeiten bei der Übertragung von Quanteninformationen zu beseitigen: Der Beschränktheit der Übertragungsstrecke.
Grundlage für die Übertragung von Quanteninformationen ist die sogenannte Verschränkung, also die Übertragung des quantenphysikalischen Zustandes eines Photons auf ein anderes. Das Ergebnis ist eine geisterhaft anmutende Synchronisation: Zwei Photonen können beispielsweise so miteinander verschränkt werden, dass ihre Polarisation nicht festgelegt ist. Misst man anschließend die Polarisation des einen Teilchens, stimmt sie mit derjenigen seines Partner-Photons überein - auch wenn dieses kilometerweit entfernt ist.

Für ein ausgedehntes Kommunikationsnetzwerk müsste die Verschränkung allerdings über weite Strecken möglich sein. Bisher war eine Entfernung von etwa 140 Kilometern das Maximum, weil ein zu großer Teil der übertragenen Photonen absorbiert wird. Einem Team von der Ludwig-Maximilians-Universität ist nun gemeinsam mit Forschern des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik ein entscheidender Fortschritt gelungen: Sie verschränkten zwei Rubidium-Atome über eine Entfernung von 20 Metern hinweg, und zwar so, dass sie ein Signal erhielten, wenn dieser Vorgang erfolgreich war.

Das Signal erleichtert es, viele Systeme dieser Art wie die Glieder einer Kette hintereinanderzuschalten. "Ohne das Signal müsste beim Aufbau einer Kette ein viel aufwendigeres Verschränkungsverfahren angewendet werden", erklärte Harald Weinfurter, Wissenschaftler an der LMU und des MPI für Quantenoptik. Mit der Methode, die die Physiker präsentierten, haben sie die Basis für einen so genannten Quantenrepeater geschaffen. Dies ist eine Art Relaisstation, die es ermöglichen könnte, die Abschwächung des Signals zu verhindern und Quanteninformationen über deutlich längere Strecken zu versenden.

Die Methode lässt sich auch nutzen, um abhörsichere Kommunikationskanäle zu verwirklichen. Ein Lauschangriff auf der Strecke zwischen Sender und Empfänger zerstört die Verschränkung, wodurch zwangsläufig die Übereinstimmung von Messergebnissen erkennbar abnimmt. Der Traum einer praxistauglichen Quantenverschlüsselung über große Entfernungen rückt mit den neuen Ergebnissen ein Stück weit näher. Mathematik, Kunst, Fraktal Mathematik, Kunst, Fraktal J.Gabás Esteban / Flickr
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