Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, darunter auch Christoph Becher, Professor für Quantenoptik an der Universität des Saarlandes, und sein Kollege Jürgen Eschner, Professor für Quanten-Photonik forschen Quantenrepeatern. Im nun neu eingerichteten Forschungsprojekt ‚Quantenrepeater.Net (QR.N)‘, das vom Bundesforschungsministerium gefördert wird, wollen insgesamt 42 Partner aus Forschung und Industrie weitere Fortschritte bei der Erforschung und Einrichtung von Quantennetzwerken machen.
Solche Netzwerke können in Zukunft von entscheidender Bedeutung den Schutz kritischer Infrastruktur sein. Ob IT-Sabotageakten, Spionage und Hackerangriffe: Quantennetzwerke böten hier ein ganz neues Level an Sicherheit. Quantenrepeater dienen der Übertragung von Informationen auch über größere Distanzen hinweg und ermöglichen dadurch Quantennetzwerke.
„Die Realisierung von Quantenrepeatern und perspektivisch von Ende-zu-Ende-Quantennetzwerken stellt eine enorme technische Herausforderung dar“, erklärt Christoph Becher, der Sprecher des Forschungsverbundes. Die Quantenzustände für die Kommunikation im Quantennetzwerk, müssen mit hoher Qualität erzeugt, zwischengespeichert und möglichst verlustfrei übertragen werden. Um aus einer einfachen Verbindung zwischen zwei Punkten aber ein ganzes Netzwerk entstehen zu lassen, braucht es Knotenpunkte, die diese Quantenzustände zwischenspeichern und für die Übertragung zum nächsten Knoten sorgen – Repeater eben.
„Zum einen möchten wir zwischen zwei Endpunkten einer Netzwerkverbindung Zwischenknoten einrichten, an diesen Knoten Quantenspeicher einbauen und Gatteroperationen durchführen“, sagt Becher. „Das soll einen Quantenvorteil bei der Übertragung erzielen und die Fehlerkorrektur für leistungsstärkere Quantenrepeater-Protokolle ermöglichen“.
Eine weitere Forschungsfrage, der sich die Partner im Projekt ‚QR.N‘ widmen, betrifft die Hardware, auf der das Quantennetzwerk basiert. Wie die Wissenschaftler mitteilen, gibt es bisher noch keine Hardware-Basis, die sich in der Forschung durchgesetzt hat. Grundlage für Quantenspeicher und Quantennetzwerke können einzelne Atome und Ionen sein, Halbleiterstrukturen, künstliche Atome in Diamanten und Selten-Erd-Atome. „Daher möchten wir außerdem nach plattformübergreifenden Methoden und Protokollen suchen und verschiedene Hardware-Plattformen zu hybriden Systemen zusammenfassen, um am Ende hardwareunabhängige Quantenknoten zu erlangen“, führt Professor Becher ein weiteres Ziel des Forschungsverbunds aus. Zudem möchten die beteiligten Einrichtungen bestehende „klassische“ Kommunikationsnetzwerke mit Methoden der Quantenverschränkung, dem Grundprinzip der Quantentechnologie, unterstützen.
Ein erklärtes Ziel des Projektkonsortiums ist es, die Grundlage dafür zu erarbeiten, dass in einigen Jahren eine „quantengesicherte Kommunikation“ in Deutschland aufgebaut werden kann. Diese sei von hoher gesellschaftlicher Bedeutung, insbesondere, was die IT-Sicherheit und den Schutz kritischer Infrastruktur anbelangt. „Längerfristig werden Quantenrepeater somit zur Entwicklung einer Quanten-Informationstechnologie für öffentliche Kommunikationssysteme beitragen“, formuliert Christoph Becher eines der übergeordneten Ziele des Forschungsprojekts.
