Forscher in Berlin haben einen bedeutenden Durchbruch in der Quantenkommunikation erzielt, indem sie erfolgreich die Teleportation von Quanteninformationen über ein kommerzielles städtisches Glasfasernetzwerk demonstriert haben. Das Experiment, das von Wissenschaftlern der Universität Paderborn, der deutschen Deutsche Telekom und dem amerikanischen Netzwerkgerätehersteller Qunnect durchgeführt wurde, markiert einen entscheidenden Schritt zum Aufbau eines sicheren Quanten-Internet. Die Forscher übermittelten Photonen mit einer Standardwellenlänge von 1324 Nanometern über das Glasfasernetzwerk. Diese Photonen wurden mit anderen Photonen mit einer kürzeren Wellenlänge (795 Nanometer) verwickelt, die an der Versuchsstätte lokal blieben.
Durch die Kombination dieser verschränkten Photonen mit zusätzlichen Laserphotonen über einen teilweise transparenten Spiegel initiierte das Team den Teleportationsprozess. Dies ermöglichte die sofortige Übertragung des Quantenzustands der Laserphotonen auf die Photonen, die durch die Glasfaserkabel der Stadt reisten. Am Ende der Glasfaserverbindung bestätigten spezialisierte Detektoren die erfolgreiche Übertragung des Quantenzustands in etwa 90 Prozent der Fälle. Die Ergebnisse wurden auf dem Preprint-Server arXiv veröffentlicht.
Laut Matheus Sena, einem der leitenden Forscher, testete das Team die Qualität der Teleportation unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungen. Auf kürzeren Entfernungen von mehreren Kilometern wurde der teleportierte Quantenzustand mit einer durchschnittlichen Wahrscheinlichkeit von 92 Prozent erhalten. Selbst über die volle 30-Kilometer-Distanz blieb die Treue der Übertragung bei 90 Prozent. Als konventionelle Telekommunikationssignale neben dem Quantensignal auch über das gleiche Glasfaserkabel gesendet wurden, sank die Übertragungsqualität leicht auf 86 Prozent.
Sena betonte, dass die Ergebnisse ihrer Experimente überzeugende Beweise für das Potenzial der Quanten-Teleportation für praktische Anwendungen in der Quantenkommunikation liefern. Er stellte fest, dass eine erfolgreiche Quanten-Teleportation typischerweise als die Erreichung von mehr als 67 Prozent Treue definiert wird. Für reale Anwendungen wie den Austausch von Quanten-Schlüsseln wollen die Forscher ihre Methode weiter verbessern. Ihr Ziel ist es, Übertragungstreue von 98 Prozent oder höher zu erreichen. Die Auswirkungen dieser Forschung reichen über die theoretische Physik hinaus in praktische Anwendungen, die auf die Sicherung kritischer Infrastrukturen abzielen.
Das ultimative Ziel besteht darin, wichtige Institutionen wie Rechenzentren, Banken, Energieversorger, Krankenhäuser und Regierungsbehörden mit Quantentechnologie zu verbinden, um sie vor unbefugtem Zugriff zu schützen.
Bislang waren diese jedoch in erster Linie dedizierte Glasfaserleitungen zwischen Universitäten und Forschungseinrichtungen und nicht Teil eines breiteren kommerziellen Netzwerks. Der jüngste Erfolg in Berlin zeigt, dass Quanteninformationen innerhalb eines kommerziellen städtischen Datennetzwerks zuverlässig übertragen werden können, was neue Möglichkeiten für die Integration von Quantenkommunikationstechnologien in bestehende Infrastrukturen eröffnet. Die Arbeit des Teams unterstreicht die Machbarkeit des Einsatzes von Quanten-Teleportation in realen Umgebungen und rückt der Vision eines voll funktionsfähigen Quanten-Internet näher.
Mit der Weiterentwicklung ihrer Techniken wird die Aussicht auf eine breite Anwendung immer greifbarer und verspricht eine verbesserte Sicherheit und Leistung in zukünftigen Kommunikationsnetzen.
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