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.“



  • Fraunhofer-Forschende entwickeln Robotersystem zur Qualitätssicherung im 3D-Druck

    Fraunhofer-Forschende entwickeln Robotersystem zur Qualitätssicherung im 3D-Druck

    Können 3D-gedruckte Bauteile in der Luftfahrt eingesetzt werden? Im Projekt Enabl3D entwickeln Forschende nun eine ausreichende Qualitätssicherung für diesen Zweck.

    mehr lesen: Fraunhofer-Forschende entwickeln Robotersystem zur Qualitätssicherung im 3D-Druck

  • Event-Doppelpack zu KI, Daten und Quantencomputing

    Event-Doppelpack zu KI, Daten und Quantencomputing

    Am 25. und 26. September 2024 finden im Kosmos Berlin der AI & Data Summit und der Quantum Summit des Bitkom statt. Im Fokus der Veranstaltungen stehen Anwendungsfälle rund um…

    mehr lesen: Event-Doppelpack zu KI, Daten und Quantencomputing

  • VDMA-Umfrage zu Forschung im Maschinenbau

    VDMA-Umfrage zu Forschung im Maschinenbau

    Wie und wo forscht und entwickelt der deutsche Maschinenbau? Dazu hat der Branchenverband VDMA 400 Firmen befragt. Demnach ist das Innovationstempo hoch und soll weiter steigen. Auch wenn die Unternehmen…

    mehr lesen: VDMA-Umfrage zu Forschung im Maschinenbau

  • Industrieleistung bricht um zwei Prozent ein

    Industrieleistung bricht um zwei Prozent ein

    Deutschlands Wirtschaft könnte 2024 auf der Stelle treten. Nach aktuellen Berechnungen korrigiert das Ifo-Institut das voraussichtliche Wirtschaftswachstum von 0,4 auf null Prozent, die Industrie schrumpft sogar um zwei Prozent. Dafür…

    mehr lesen: Industrieleistung bricht um zwei Prozent ein

  • Maximilian Köpke wird COO/CFO bei Convista

    Maximilian Köpke wird COO/CFO bei Convista

    Das Beratungshaus Convista hat Maximilian Köpke in einer Doppelrolle als COO und CFO ins Boot geholt. Zuvor war der Manager als Partner bei der Boston Consulting Group angestellt.

    mehr lesen: Maximilian Köpke wird COO/CFO bei Convista

  • Fakuma 2024 liefert neue Ansätze für die Kunststoffverarbeitung

    Fakuma 2024 liefert neue Ansätze für die Kunststoffverarbeitung

    Auf der diesjährigen Fakuma, internationale Fachmesse für Kunststoffverarbeitung, vom 15. bis 19. Oktober 2024 wird es neben der Ausstellung auch ein breites Rahmenprogramm geben. Erstmals wird etwa der Karriere-Freitag Teil…

    mehr lesen: Fakuma 2024 liefert neue Ansätze für die Kunststoffverarbeitung

  • Sebastian Spicker wird Managing Director DACH bei IFS

    Sebastian Spicker wird Managing Director DACH bei IFS

    Sebastian Spicker hat die Position des Managing Director DACH bei IFS übernommen.

    mehr lesen: Sebastian Spicker wird Managing Director DACH bei IFS

  • IFS kauft Copperleaf Technologies

    IFS kauft Copperleaf Technologies

    Der schwedische Anbieter von Business-Software IFS kauft Copperleaf Technologies. Das kanadische Unternehmen bietet Analytics-Software etwa für die Investitionsplanung und soll rund eine Milliarde kanadische Dollar kosten, rund 670 Millionen Euro.

    mehr lesen: IFS kauft Copperleaf Technologies

  • Wie steht es um KI und IoT bei unseren Nachbarn?

    Wie steht es um KI und IoT bei unseren Nachbarn?

    Wie etabliert sind Robotik, KI, ML, Big Data und IoT in den europäischen Ländern? Und wie schneidet Deutschland im Vergleich ab? Das hat Reichelt Elektronik Menschen in Deutschland, Frankreich, Italien…

    mehr lesen: Wie steht es um KI und IoT bei unseren Nachbarn?

  • Tech-Festival für Co-Creation in der Automatisierung

    Tech-Festival für Co-Creation in der Automatisierung

    Die vernetzte Fabrik, Datenräume und Automatisierung sind nur einige der Themen, die am 6. November in der Gläsernen Manufaktur Dresden im Mittelpunkt stehen. Für das Event Hub:Disrupt organisieren die Veranstalter…

    mehr lesen: Tech-Festival für Co-Creation in der Automatisierung

  • Kollektives und individuelles Lernen verzahnt

    Kollektives und individuelles Lernen verzahnt

    IT-Technik wie künstliche Intelligenz (KI) ermöglicht es Unternehmen, ganz neue Lernarchitekturen und -landschaften zu schmieden.

    mehr lesen: Kollektives und individuelles Lernen verzahnt

  • Drei Maßnahmen gegen Deepfake-Angriffe

    Drei Maßnahmen gegen Deepfake-Angriffe

    KI-gestützter Identitätsbetrug kommt weltweit häufiger vor. Allein in Österreich stieg die Zahl der Deepfake-Angriffe in diesem Jahr um 119 Prozent, ergab eine KPMG Austria-Umfrage. Mit diesen drei Maßnahmen lassen sich…

    mehr lesen: Drei Maßnahmen gegen Deepfake-Angriffe