Quanten-Übertragung per Glasfaser
Forschern gelingt weiterer Schritt auf dem Weg zum Super-Internet
Noch sind Quantencomputer reine Zukunftsmusik. Doch mit einem Durchbruch bei der Übertragung sogenannter Qubits nähern sich Forscher dem Zeitalter der Superrechner – und der abhörsicheren Kommunikation.
Wenn eine Wissenschaft das Internet eines Tages revolutionieren wird, dann ist es vermutlich die Quantenphysik. Forschern aus den USA ist nun ein wichtiger Schritt auf dem Weg zum Quanteninternet gelungen: Sie haben sogenannte Quantenbits (Qubits) als Lichtpartikel durch eine etwa 44 Kilometer lange Glasfaserleitung geschickt.
Bei der sogenannten Quantenteleportation, die allerdings nichts mit dem Beamen in »Star Trek« zu tun hat, haben die Wissenschaftler miteinander verschränkte Qubits zwischen zwei Netzwerken mit einer Genauigkeit von 90 Prozent teleportiert. Das ist bisher noch keinem Forscherteam gelungen: Die Distanz hatten zwar auch schon andere überwunden, allerdings nicht mit dieser Genauigkeit. Außerdem lässt sich der Versuchsaufbau auch mit dieser Genauigkeit wiederholen und verbessern. Die Forscher haben zudem nach eigenen Angaben lediglich Hardware benutzt, die »in Serie gefertigt wird« sowie auf bereits existierender Telekommunikations-Infrastruktur basiert. »Das Projekt schafft eine Basis für ein Hochleistungs-Quanten-Internet mit gewöhnlichen Geräten«, heißt es im Bericht des Journals »PRX Quantum«.
Die Herausforderung ist, dass die Lichtteilchen unterwegs nicht verloren gehen. Selbst Glas ohne Verunreinigung absorbiert Photonen. Bei klassischen Bit-Übertragungen ist geringer Datenverlust kaum ein Problem, weil gleich ganze Lichtbündel über die Leitungen geschickt werden und Kontrollbits dafür sorgen, dass die Informationen trotzdem ankommen.
Bei Qubits ist das anders. Die Teilchen sind wesentlich komplexer. Während ein klassisches Bit lediglich die beiden Zustände 0 oder 1 kennt, kann ein Qubit theoretisch unendlich viele Zustände annehmen. Die speicherbare Datenmenge wächst mit jedem weiteren Qubit exponentiell an.
Wegweisend für das Internet der Zukunft
Sungkun Hong vom Institut für Funktionelle Materie und Quantentechnologien an der Universität Stuttgart hält das Projekt für wegweisend. »Das ist sehr beeindruckend«, sagt der Physiker im Gespräch mit dem SPIEGEL. 44 Kilometer seien eine sehr lange Distanz, die beispielsweise für die Übertragung innerhalb von Großstädten reichen würde. Zwar sei es schon gelungen, Qubits über eine Strecke von 100 Kilometern zu schicken, doch dabei habe die Genauigkeit bei nur etwa 85 Prozent gelegen.
Der Vorteil sei bei diesem Projekt, dass die Qubits in Form von Lichtteilchen über gewöhnliche Glasfaserkabel gesendet worden seien, die auch heute schon für die Internetübertragung eingesetzt würden. Hong sieht bei dieser Form der Übertragung vor allem gute Voraussetzungen für eine abhörsichere Kommunikation. Die Idee: Während die eigentliche Nachricht als verschlüsselte Bitfolge gesendet wird, enthält das mitgeschickte Qubit den Entschlüsselungscode. »Qubits lassen sich nicht kopieren«, sagt Hong.
Außerdem sei das zerbrechliche Qubit extrem gut geschützt gegen Lauschangriffe. »Wenn jemand das Photon unterwegs abfängt, dann bekommt das der Empfänger sofort mit.« Das liegt daran, dass die Zustände der Qubits sehr flüchtig sind und sich teilweise schon dann ändern, wenn man das Teilchen nur betrachtet.
Bis zu einem Zeitalter der Quantencomputer sei es aber noch immer ein weiter Weg. »Wir können zwar die gleiche Hardware benutzen«, sagt Hong und meint damit zum Beispiel Glasfaserkabel und Lichtsensoren, »aber es ist eine komplett andere Technologie«. Auf die Frage, wann Quantencomputer einsatzbereit seien, könne man keine seriöse Aussage treffen. Der Wissenschaftler schätzt, dass es noch »etwa zehn Jahre dauert, bis Quantencomputer eine oder mehrere einfache, aber nützliche Aufgaben übernehmen können«.
Eine Sache ist laut Hong aber klar: »Wenn Quantencomputer so weit sind, gehen wir davon aus, dass sie die vielen wichtigen Probleme lösen, die die besten Supercomputer der Welt nicht in Millionen Jahren ausrechnen können.
