Auf dem Weg zum Quanteninternet
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Einmal eingewickelt, befinden sich zwei Lichtteilchen im gleichen quantenphysikalischen Zustand
Quelle: Getty Images
Die Kommunikation mit der Quantentechnologie gilt als sicher und kann über große Entfernungen genutzt werden. Die Kosten sind jedoch enorm und bisher können nur zwei Stationen verbunden werden. Britische Forscher haben eine neue Methode entwickelt, mit der beide Probleme gelöst werden können.
B.Ritualforscher haben ein störungssicheres Quantenkommunikationsnetz für acht Teilnehmer in Bristol eingerichtet. Es ist das bislang größte Quantennetz ohne Relaisstationen, betont das Fachjournal. „Wissenschaftlicher Fortschritt„, Wo das Team um Siddarth Joshi von der Universität Bristol seine Arbeit vorstellt. Die Forscher konnten die Netzwerkarchitektur drastisch vereinfachen, indem sie eine praktische Anwendung in Reichweite machten. „Unsere Lösung ist skalierbar, relativ kostengünstig und vor allem nicht verfügbar“, erklärt Joshi in einer Erklärung seiner Universität.
Die fehlerfreie Quantenkommunikation basiert auf dem Phänomen der Wicklung. Zu diesem Zweck werden zwei Lichtteilchen (Photonen) so miteinander verbunden, dass sie einen gemeinsamen quantenphysikalischen Zustand bilden. In diesem verschränkten Zustand können die beiden Lichtteilchen räumlich getrennt werden, ohne den gemeinsamen Zustand zu zerstören. Nur wenn eines der Lichtteilchen manipuliert wird, z. Durch den Absender erhält es einen eigenen Status. Gleichzeitig nimmt das entfernte Lichtteilchen, beispielsweise am Empfänger, einen ähnlichen Zustand an. Albert Einstein nannte diesen „unheimlichen Akt aus der Ferne“.
Die Forscher verwenden gleichzeitig leichte Komponenten in verschiedenen Farben
Sobald ein Abfangjäger im Netzwerk abgefangen wird, wird er sofort bemerkt, weil er den verschränkten Zustand entfernt, der dann nicht wiederhergestellt werden kann. Diese Technologie wurde bereits mehrfach und auch über sehr große Entfernungen eingesetzt, unter anderem für die Kommunikation zwischen Bankenzentren in China und für Wahlen in der Schweiz. Es können jedoch nur zwei Stationen daran angeschlossen werden. Mit herkömmlicher Technologie erfordert jede neue Verbindung eine eigene Installation. Dies erhöht den Aufwand und die Kosten in der Praxis. Relaisstationen für die Integration mehrerer Teilnehmer stellen ein Sicherheitsrisiko dar.
Das Bristol-Team hat jetzt eine andere Lösung entwickelt, bei der jeder Teilnehmer nur einen einzigen Empfänger benötigt, um sich direkt mit mehreren anderen Teilnehmern zu verbinden. Die Forscher verwenden gleichzeitig Lichtpartikel in verschiedenen Farben. Mit diesem sogenannten Multiplexing konnten sie sieben verschränkte Photonenpaare gleichzeitig erzeugen und je nach Farbe vom Sender auf sieben Empfänger verteilen. Für einen praktischen Test nutzten die Forscher das bestehende Glasfasernetz rund um die Universität Bristol und die angrenzenden Bezirke. Sie konnten zeigen, dass die Technologie unter praktischen Bedingungen über eine Entfernung von bis zu 17 Kilometern funktioniert – ausreichend für ein druckbeständiges städtisches Netzwerk.
Ursprünglich erweiterbar auf 32 Benutzer, später auf Millionen
Simulationen zeigen, dass diese Netzwerkarchitektur problemlos auf 32 Benutzer erweitert werden kann. Die Forscher sind überzeugt, dass die Technologie mit Weiterentwicklung und Optimierung in nicht allzu ferner Zukunft auch in der Praxis für Millionen von Anwendern eingesetzt werden kann. Das Verfahren ist nicht nur bequemer, sondern auch billiger: Die Installation in Bristol dauerte nur wenige Monate und kostete weniger als 340.000 Euro. Im Gegensatz dazu hätten frühere Quantennetzwerke Jahre gedauert und Millionen gekostet, erklärt die Universität Bristol. Die wirtschaftlichen Vorteile werden mit zunehmender Benutzerzahl schnell deutlich: Während ein herkömmliches Quantennetz für 100 Benutzer voraussichtlich rund fünf Milliarden Euro kosten wird, kostet die Multiplex-Technologie nach Schätzungen von Joschi nur rund fünf Millionen Euro.
„Bis jetzt hat die Installation eines Quantennetzwerks erhebliche Kosten, Ressourcen und Zeit verursacht und häufig Ihre eigene Sicherheit gefährdet, was den eigentlichen Zweck untergräbt“, erklärt der Forscher. Die Multiplex-Technologie könnte dies ändern. „Dies stellt einen massiven Durchbruch dar und macht das Quanten-Internet zu einem viel realistischeren Angebot.“
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