Wichtiger technischer Durchbruch für Bau eines Quanten-Internets

Wissenschaftler des Unternehmens Qunnect aus New York haben einen bedeutenden Durchbruch bei der Entwicklung eines Quanten-Internets erzielt. Sie betreiben unter den Straßen der Metropole ein funktionsfähiges Netzwerk dieser Art in bisher unerreichter Größe.

Störungen minimiert

Dieses Netzwerk könnte den Weg für die Einführung eines Quanten-Internets in den Markt ebnen, indem es zwei der größten Herausforderungen überwindet: die Fragilität verschränkter Zustände in Glasfaserkabeln und die Effizienz der Signalübertragung. Denn das Hauptproblem bei der Etablierung solcher Infrastrukturen bestand bisher in unkontrollierbaren Datenverlusten.

Schuld daran waren zu viel Rauschen und eine Polarisationsdrift in den Glasfasern, was die Stabilität der Verschränkung von Elementarteilchen beeinträchtigte. Das Team von Qunnect hat jedoch eine Methode entwickelt, diese Probleme zu kompensieren, was es ihnen ermöglichte, ihr Netzwerk 15 Tage lang ohne Unterbrechung zu betreiben. Das Netzwerk, das auf einer 34 Kilometer langen Glasfaserschleife namens GothamQ basiert, erreichte dabei eine Betriebszeit von 99,84 Prozent und eine Kompensationsgenauigkeit von 99 Prozent bei der Übertragung von etwa 20.000 verschränkten Photonenpaaren pro Sekunde.


Selbst bei einer erhöhten Rate von einer halben Million Photonenpaaren pro Sekunde blieb die Genauigkeit nahe bei 90 Prozent. Die Polarisation von Photonen, also die Richtung ihres elektrischen Feldes, spielt bei der Quantenkommunikation eine zentrale Rolle. Polarisation ist leicht zu erzeugen, zu manipulieren und zu messen, was sie besonders nützlich für den Aufbau von Quanten-Netzwerken macht. In der GothamQ-Schleife wurden polarisationverschränkte Photonen genutzt, um eine stabile und lang anhaltende Verbindung zwischen den Netzwerkknoten zu gewährleisten.

Um die Stabilität der Polarisation in der Glasfaserumgebung sicherzustellen, entwickelte Qunnect spezielle automatische Polarisationskompensatoren (APC). Diese Geräte messen die Drift der Polarisation entlang der Glasfaser und korrigieren sie in Echtzeit. Das Team testete diese Kompensation auf verschiedenen Übertragungsdistanzen, von null bis 102 Kilometern, indem sie die Photonen mehrmals durch die Schleife schickten. Die Ergebnisse zeigen, dass das Netzwerk trotz der üblichen externen Störungen wie Vibrationen, Biegungen und Temperaturschwankungen in den Glasfasern stabil bleiben kann.

Vielfältige Anwendungen

Der Erfolg des GothamQ-Netzwerks markiert einen bedeutenden Fortschritt auf dem Weg zu einem voll automatisierten, praktischen Quanten-Netzwerk. Mehdi Namazi, Mitbegründer und Wissenschaftsleiter von Qunnect, betonte, dass seit Abschluss dieser Arbeit alle Komponenten des Systems so modifiziert wurden, dass sie überall in Form klassischer Rack-Formate einsatzfähig sind. Dieses kombinierte System, das den Namen Qu-Val trägt, könnte schon bald eine Schlüsselrolle bei der Implementierung von Quanten-Netzwerken weltweit spielen.

Solche Infrastrukturen sollen unter anderem zu einer direkten Vernetzung von Quantencomputern genutzt werden. Sie können aber auch eine sichere Kommunikation gewährleisten oder auch viele astronomische Instrumente weltweit zu einem virtuellen Riesen-Teleskop zusammenschließen.


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