Unhackbar: Forschern gelingt riesiger Durchbruch bei Quanteninternet

Forschern ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zum Quanten­internet gelungen. Sie konnten einzelne Photonen erzeugen, die sich über lange Distanzen direkt über das bestehende Glasfasernetz übertragen lassen. Damit fällt eine große technische Hürde.

Lichtübertragung für Quanteninternet

In der klassischen Informationstechnik lassen sich Daten auf dem Transportweg abfangen und unbemerkt kopieren. Einzelne Photonen lassen sich physikalisch bedingt jedoch nicht exakt vervielfältigen. Das Prinzip nennt sich in der Wissenschaft No-Cloning-Theorem. Versucht ein Angreifer, die quantenmechanischen Informationen auszulesen, verändert sich ihr Zustand sofort. Der Empfänger bemerkt den Lauschangriff augenblicklich. Daher gilt ein Quanteninternet als abhörsicher.

Wissenschaftlern ist jetzt ein wichtiger Schritt für den Aufbau eines solchen Netzwerks auf globaler Ebene gelungen. Das Team aus den beiden Wissenschaftlern Leonardo Midolo und Marcus Albrechtsen hat eine Methode entwickelt, um einzelne Photonen über lange Distanzen durch herkömmliche Glasfaserkabel zu leiten.

Wellenlänge als Schlüssel

Der Schlüssel zum Erfolg liegt in speziellen Quantenpunkten. Ein solcher Punkt besteht aus rund 30.000 Atomen, misst in der Breite lediglich 20 Nanometer und verhält sich wie ein künstliches Atom. Trifft ein Laser auf die Struktur, wird ein Elektron kurzzeitig gefangen. Beim anschließenden Zerfall gibt das System exakt ein einziges Photon ab.

Das Hauptproblem lag jedoch bei der Wellenlänge. Die Quantenpunkte arbeiteten bisher zuverlässig bei 930 Nanometern. Standard-Glasfasernetze benötigen für weite Strecken jedoch längere Wellenlängen ab 1260 Nanometern. Versuche, die Frequenzen nachträglich anzupassen, erzeugten ein starkes Rauschen. Die Lichtteilchen verloren dabei oft ihre erforderlichen Eigenschaften. Dieses Problem konnten die Forscher nun beseitigen.

Kompatibilität mit Silizium

Den Forschern gelang es laut dem Niels-Bohr-Institut, winzige Halbleiterstrukturen so zu konstruieren, dass sie Wellenlängen von 1300 Nanometern erzeugen und ein Transport über gewöhnliche Glasfasernetzwerke möglich wird. Ein weiterer Vorteil ist die Verträglichkeit mit herkömmlichen Computerbauteilen aus Silizium. Da Silizium Lichtwellen unterhalb von 1100 Nanometern absorbiert, ließen sich ältere Systeme kaum in gängige photonische Schaltkreise integrieren.

Trotz des Fortschritts stehen die Ingenieure weiterhin vor großen Herausforderungen. Um ein kontinentübergreifendes Quantennetzwerk aufzubauen, fehlen etwa noch geeignete Signalverstärker. Herkömmliche optische Verstärker zerstören die fragilen Quantenzustände. Daher arbeiten Forscher weltweit an sogenannten Quanten-Repeatern. Sie sollen die Signale auffrischen, ohne sie zu kopieren. Die direkte Nutzung der bestehenden Infrastruktur rückt das Ziel eines funktionsfähigen Quanteninternets dennoch spürbar näher.

Wie bewertet ihr das Potenzial der Technologie für unsere zukünftige Kommunikation? Teilt eure Gedanken zu dem Thema gerne unten in den Kommentaren mit uns.


Siehe auch: