KIT-Forscher arbeiten am Quanteninternet

0:000:00

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.“



  • Wie steht es um Quantentechnologie aus Deutschland?

    Wie steht es um Quantentechnologie aus Deutschland?

    Deutschland hat bei der Forschung zu Quantentechnologien eine weltweite Vorreiterrolle und kann führend in der Entwicklung und Anwendung von Quantum Computing werden.

    mehr lesen: Wie steht es um Quantentechnologie aus Deutschland?

  • Online-Vorschau zur It-sa Expo&Congress

    Online-Vorschau zur It-sa Expo&Congress

    Am 8. Oktober, zwei Wochen vor der It-sa Expo&Congress (22. bis 24. Oktober), findet der Digital Preview Day statt. Das digitale Event bietet Fachvorträge und Präsentationen von Ausstellern. Der Digital…

    mehr lesen: Online-Vorschau zur It-sa Expo&Congress

  • Eine Forschungsinfrastruktur für digitale Zwillinge

    Eine Forschungsinfrastruktur für digitale Zwillinge

    1,66Mio.€ für die Entwicklung digitaler Zwillinge: Durch die erfolgreiche Beteiligung an einem landesweiten Wettbewerb stehen für das Projekt Explore in den kommenden drei Jahren Fördermittel bereit, um eine standortübergreifende Forschungsinfrastruktur…

    mehr lesen: Eine Forschungsinfrastruktur für digitale Zwillinge

  • Servicequalität der ERP-Anbieter in der Kritik

    Servicequalität der ERP-Anbieter in der Kritik

    Viele Unternehmen steuern mit ERP-Systemen ihre wichtigsten Geschäftsprozesse.

    mehr lesen: Servicequalität der ERP-Anbieter in der Kritik

  • Eclipse Foundation gründet Open Regulatory Compliance Working Group

    Eclipse Foundation gründet Open Regulatory Compliance Working Group

    Die Eclipse Foundation, eine der weltweit größten Open-Source-Foundations, hat die Open Regulatory Compliance Working Group (ORC WG) ins Leben gerufen.

    mehr lesen: Eclipse Foundation gründet Open Regulatory Compliance Working Group

  • Deutschland mit gutem Innovationssystem aber Schwächen in digitaler Infrastruktur

    Deutschland mit gutem Innovationssystem aber Schwächen in digitaler Infrastruktur

    Angesichts des deutschen Abschneidens beim diesjährigen Global Innovation Index hat die Präsidentin des Deutschen Patent- und Markenamts (DPMA), Eva Schewior, zu mehr Dynamik bei der Sicherung der Innovationsfähigkeit in Deutschland…

    mehr lesen: Deutschland mit gutem Innovationssystem aber Schwächen in digitaler Infrastruktur

  • Peter Leibinger als neuer BDI-Präsident vorgeschlagen

    Peter Leibinger als neuer BDI-Präsident vorgeschlagen

    Nach zwei Amtszeiten als BDI-Präsident wird Siegfried Russwurm am Jahresende das Amt satzungsgemäß abgeben.

    mehr lesen: Peter Leibinger als neuer BDI-Präsident vorgeschlagen

  • Neue Höchstzahl an Industrierobotern in Deutschland

    Neue Höchstzahl an Industrierobotern in Deutschland

    Die deutsche Wirtschaft hat 28.355 neue Industrieroboter installiert – ein neues Allzeithoch: 2023 stieg der Absatz um 7 Prozent im Vergleich zum Vorjahr. Der operative Bestand erreichte den neuen europäischen…

    mehr lesen: Neue Höchstzahl an Industrierobotern in Deutschland

  • Arvato Systems und Advanco starten Partnerschaft

    Arvato Systems und Advanco starten Partnerschaft

    Arvato Systems und Advanco, ein Anbieter von Track & Trace-Systemen für die Pharma- und Life Science-Branche, bündeln ihre Expertise und starten eine Partnerschaft.

    mehr lesen: Arvato Systems und Advanco starten Partnerschaft

  • Saskia Fontanive und Christian Schweizer werden COOs

    Saskia Fontanive und Christian Schweizer werden COOs

    Im September 2024 hat der SAP-Gold-Partner und Cloudspezialist Innovabee seine Geschäftsführung um Saskia Fontanive und Christian Schweizer erweitert.

    mehr lesen: Saskia Fontanive und Christian Schweizer werden COOs

  • Siemens gliedert eMobility-Geschäft aus

    Siemens gliedert eMobility-Geschäft aus

    Siemens plant, sein eMobility-Geschäft auszugliedern. Im Jahr 2018 bündelte das Unternehmen seine Ladeaktivitäten für Elektrofahrzeuge und überführte diese 2022 in eine eigene Geschäftseinheit.

    mehr lesen: Siemens gliedert eMobility-Geschäft aus

  • Rechtliche Orientierung für Cybersicherheitsforschende

    Rechtliche Orientierung für Cybersicherheitsforschende

    Cybersicherheitsforschende stehen mitunter gefühlt mit einem Bein im Gefängnis – es herrscht viel Unsicherheit darüber, was rechtlich im Rahmen von Wissenschaft erlaubt ist und was nicht.

    mehr lesen: Rechtliche Orientierung für Cybersicherheitsforschende