KIT-Forscher arbeiten am Quanteninternet

Ein KIT-Mitarbeiter integriert einen optischen Quantenspeicher in einen Kryostaten und koppelt ihn optisch per Glasfaser an ein supraleitendes Qubit.
Ein KIT-Mitarbeiter integriert einen optischen Quantenspeicher in einen Kryostaten und koppelt ihn optisch per Glasfaser an ein supraleitendes Qubit. – Bild: Karlsruher Institut für Technologie/Markus Breig

Quantennetzwerke gelten als eine entscheidende Schlüsseltechnologie für die sichere Kommunikation und die digitale Souveränität in Europa. Eine Grundlage dafür schaffen Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gemeinsam mit europäischen Partnern, indem sie einen supraleitenden Quantencomputer mit einem spinbasierten Quantenspeicher vernetzen. Der Europäische Innovationsrat fördert das Projekt innerhalb des Pathfinder-Programms.

Die Entwicklung von Quantentechnologien hat bereits große Fortschritte gemacht. Besonders Quantencomputer stehen im Fokus, da Expertinnen und Experten durch ihren Einsatz Durchbrüche in Bereichen wie Medikamentenentwicklung, Materialwissenschaften und Kryptographie erwarten. Wie die KIT-Forschenden mitteilen, erreichen Quantenrechner ihr volles Potenzial erst, wenn sie sich mit anderen Quantenkomponenten vernetzen. „Zurzeit arbeiten viele Quantensysteme unabhängig voneinander“, erläutert Professor David Hunger vom Physikalischen Institut des KIT. „Im Projekt Superspin entwickeln wir eine Technologie, mit der sich ein Quantencomputer und ein Quantenspeicher zuverlässig koppeln lassen. Damit schaffen wir auch die Grundlage, um in Zukunft Quantencomputer zu verknüpfen, verteiltes Quantenrechnen zu realisieren und ein Quanteninternet aufzubauen.“

Qubits umwandeln und übertragen

Die KIT-Wissenschaftler verweisen darauf, dass die beiden Quantensysteme Informationen in Form von Qubits austauschen müssen um sich zu verbinden – die grundlegenden Informationseinheiten jedes Quantensystems. Für die Übertragung werden die Qubits in Photonen, also in Lichtteilchen, umgewandelt. Diese ‚fliegenden Qubits‘ können sich dann schnell und nahezu verlustfrei durch Glasfaserkabel bewegen.

Um beliebige Quantenzustände über große Distanzen zu übertragen, nutzen Forschende das Prinzip der Quantenverschränkung. Dabei werden zwei Teilchen in einen gemeinsamen Zustand gebracht und verhalten sich wie ein einziges System. Eine Veränderung des einen Teilchens beeinflusst unmittelbar das andere, unabhängig von der Entfernung. So entsteht eine Verbindung, die eine zuverlässige Übermittlung von Quantenzuständen von einem System auf das andere ermöglicht.

Übertragung über Glasfaserleitungen

Die konkrete Umsetzung gilt als technisch anspruchsvoll, da beide Quantensysteme laut den Forschenden auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien beruhen verschiedene Frequenzen nutzen. Supraleitende Qubits arbeiten im Mikrowellenbereich, diamantbasierte Quantenspeicher hingegen speichern Informationen in Spinzuständen und werden mit Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich adressiert. Im Projekt entwickeln die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daher spezielle Quanten-Transducer. Diese wandeln die empfindlichen Quantenzustände zunächst in einzelne Photonen um und passen deren Wellenlänge so an, dass sich die Photonen über Glasfaserleitungen im Telekom-Band transportieren lassen.

Am KIT entwickeln die Forschenden dazu einen Quantenspeicher aus speziellen Diamantdefekten, die Licht- und Spineigenschaften kombinieren. Der Speicher wird mit einem der beiden Transducer kompatibel sein, sodass die umgewandelten Photonen effizient gespeichert und bei Bedarf wieder abgerufen werden können. „Unser Projektziel ist es, die physikalisch völlig unterschiedlichen Systeme zu verbinden und eine Verschränkung zwischen einem supraleitenden Qubit und einem spinbasierten Quantenspeicher zu erzeugen“, sagt Hunger. „Das wäre nicht nur ein technischer Durchbruch, sondern auch ein wichtiger Schritt hin zu modularen und skalierbaren Quantentechnologien.“



  • Maschinen- und Anlagenbauer mit zweistelligem Auftragsminus

    Maschinen- und Anlagenbauer mit zweistelligem Auftragsminus

    Im Juni blieben die Bestellungen im Maschinen- und Anlagenbau unter dem Vorjahreswert. Und auch für das erste Halbjahr verzeichnet die Branche ein Minus.

    mehr lesen: Maschinen- und Anlagenbauer mit zweistelligem Auftragsminus

  • Mit intelligenter Haut Mensch-Roboter-Interaktionen verbessern

    Mit intelligenter Haut Mensch-Roboter-Interaktionen verbessern

    In der industriellen Fertigung, aber auch in anderen Branchen, hat sich die physische Interaktion zwischen Mensch und Roboter zu einer Schlüsseltechnologie entwickelt. Das Forschungsprojekt Fitness will diese Interaktion mit Metasurface-Antennen…

    mehr lesen: Mit intelligenter Haut Mensch-Roboter-Interaktionen verbessern

  • Econ Solutions bezieht neuen Standort

    Econ Solutions bezieht neuen Standort

    Um mehr Kundennähe sowie eine engere Zusammenarbeit mit dem Mutterunternehmen MVV Energie zu ermöglichen hat Econ Solutions einen neuen Standort eröffnet.

    mehr lesen: Econ Solutions bezieht neuen Standort

  • KIT-Expertin: „Cyberangriffe nehmen zu, Schutzmaßnahmen werden besser“

    KIT-Expertin: „Cyberangriffe nehmen zu, Schutzmaßnahmen werden besser“

    Vor 40 Jahren kam die erste E-Mail in Deutschland an. Heute werden täglich rund 350 Milliarden Mails versendet – auch durch Cyberkriminelle. Professorin Melanie Volkamer, Expertin für IT-Sicherheit vom Karlsruher…

    mehr lesen: KIT-Expertin: „Cyberangriffe nehmen zu, Schutzmaßnahmen werden besser“

  • Bitkom zum Inkrafttreten des AI Acts

    Bitkom zum Inkrafttreten des AI Acts

    Nach der Veröffentlichung im EU-Amtsblatt am 12. Juli tritt am 1. August der AI Act in Kraft. Der Bitkom sieht jedoch noch viele Fragen ungeklärt.

    mehr lesen: Bitkom zum Inkrafttreten des AI Acts

  • Wie Unternehmen mit Ausbildung den Fachkräftemangel bekämpfen wollen

    Wie Unternehmen mit Ausbildung den Fachkräftemangel bekämpfen wollen

    In Deutschland fehlen Fachkräfte. Ein Weg, um die Lücken zumindest ein bisschen zu schließen: Selbst ausbilden. Besonders gefragt ist Nachwuchs in MINT-Berufen. Wie aus einer Studie des Instituts der deutschen…

    mehr lesen: Wie Unternehmen mit Ausbildung den Fachkräftemangel bekämpfen wollen

  • Capgemini-Studie zeigt Potenziale für Bio-Engineering in der Industrie

    Capgemini-Studie zeigt Potenziale für Bio-Engineering in der Industrie

    Nahezu alle Industrie-Unternehmen befassen sich laut einer Capgemini-Studie mit Bio-Engineering. Die Mehrheit der befragten Organisationen plant demnach sogar Investitionserhöhungen für Biotechnologie. Ein zentrales Motiv: mehr Nachhaltigkeit.

    mehr lesen: Capgemini-Studie zeigt Potenziale für Bio-Engineering in der Industrie

  • Smart Factory Week startet Mitte September

    Smart Factory Week startet Mitte September

    Die Smart Factory Week von MPDV geht vom 16. bis 19. September 2024 in die vierte Runde. Das Online-Event richtet sich an Einsteiger und Nutzer digitaler Fertigungsprozesse und Management Execution…

    mehr lesen: Smart Factory Week startet Mitte September

  • Neuer Managing Director Germany bei Commvault

    Neuer Managing Director Germany bei Commvault

    Seit Juli hat die Commvault Systems einen neuen Management Director für Deutschland. Frank Dehne folgt in dieser Position auf Peter Kayi.

    mehr lesen: Neuer Managing Director Germany bei Commvault

  • BSI entwickelt Folgemaßnahmen als Reaktion auf weltweite IT-Ausfälle

    BSI entwickelt Folgemaßnahmen als Reaktion auf weltweite IT-Ausfälle

    Nach den weltweiten IT-Störungen am 19. Juli 2024 hat das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) im Gespräch mit den Software-Unternehmen Crowdstrike und Microsoft erste Maßnahmen entwickelt, um vergleichbare…

    mehr lesen: BSI entwickelt Folgemaßnahmen als Reaktion auf weltweite IT-Ausfälle

  • Forschende gehen technologiebezogenen Verschwörungstheorien auf den Grund

    Forschende gehen technologiebezogenen Verschwörungstheorien auf den Grund

    Wissenschaftler der Universitäten Paderborn und Göttingen untersuchen in einer Studie, wie technologiebezogene Verschwörungstheorien zustande kommen und welche Auswirkungen diese haben können.

    mehr lesen: Forschende gehen technologiebezogenen Verschwörungstheorien auf den Grund

  • B-Human erneut beim RoboCup erfolgreich

    B-Human erneut beim RoboCup erfolgreich

    Das Team B-Human der Universität Bremen und des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) errang bei der RoboCup-Weltmeisterschaft in Eindhoven den Titel – und das bereits zum elften Mal.

    mehr lesen: B-Human erneut beim RoboCup erfolgreich