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.“



  • NTT Data erwirbt Mehrheitsbeteiligung an ProvenTech

    NTT Data erwirbt Mehrheitsbeteiligung an ProvenTech

    Mit einer Mehrheitsbeteiligung an ProvenTech will NTT Data seine Marktreichweite im Bereich Life Sciences steigern. Das indische Unternehmen beschäftigt rund 350 Mitarbeiter.

    mehr lesen: NTT Data erwirbt Mehrheitsbeteiligung an ProvenTech

  • Ein Exoskelett für das Raumfahrttraining

    Ein Exoskelett für das Raumfahrttraining

    Bei Weltraummissionen werden Astronautinnen und Astronauten oft mit feinmotorischen Aufgaben wie Reparaturen oder Experimenten konfrontiert, die durch die Schwerelosigkeit im All erschwert werden.

    mehr lesen: Ein Exoskelett für das Raumfahrttraining

  • MKG wird Teil von Proalpha

    MKG wird Teil von Proalpha

    Proalpha übernimmt das Unternehmen MKG. Der niederländische ERP-Anbieter ist im Bereich der metallverarbeitenden Industrie tätig.

    mehr lesen: MKG wird Teil von Proalpha

  • Augenlicht aus dem 3D-Drucker

    Augenlicht aus dem 3D-Drucker

    Noch während der Operation eine neue Hornhaut ausdrucken und damit die Sehfunktion wiederherstellen: Diesen Schritt im Kampf gegen Hornhauterkrankungen soll künftig ein laserbasiertes Verfahren mit maßgeschneiderter Biotinte ermöglichen. Entwickelt haben…

    mehr lesen: Augenlicht aus dem 3D-Drucker

  • Die passende Software finden

    Die passende Software finden

    ’Mehrwert durch Software’ heißt der neue Branchenführer der VDMA-Gruppe Software und Digitalisierung. Der Branchenführer steht ab sofort zum Download bereit.

    mehr lesen: Die passende Software finden

  • PSI besetzt CTO-Posten mit Erol Bozak

    PSI besetzt CTO-Posten mit Erol Bozak

    Der Softwarehersteller PSI verstärkt das Management im Bereich Technologie und Entwicklung und ernennt Erol Bozak zum CTO.

    mehr lesen: PSI besetzt CTO-Posten mit Erol Bozak

  • Snowflake-Kunden im Visier von Cyberkriminellen

    Snowflake-Kunden im Visier von Cyberkriminellen

    Wie der Security-Spezialist Mandiant berichtet, haben es Bedrohungsakteure auf Kunden des Cloud-Anbieters Snowflake abgesehen. Die Unternehmen raten dazu, die Multi-Faktor-Authentifizierung zu aktivieren.

    mehr lesen: Snowflake-Kunden im Visier von Cyberkriminellen

  • TDM Systems und Cribwise bilden Tool Flow Solutions

    TDM Systems und Cribwise bilden Tool Flow Solutions

    Der Sandvik-Konzern hat den Geschäftsbereich Tool Flow Solutions ins Leben gerufen. Erste Mitglieder werden die beiden Tochterunternehmen TDM Systems und Cribwise.

    mehr lesen: TDM Systems und Cribwise bilden Tool Flow Solutions

  • 2023 wurden mehr als 500.000 Industrieroboter ausgeliefert

    2023 wurden mehr als 500.000 Industrieroboter ausgeliefert

    Trotz eines Rückgangs bei Umsätzen und Auslieferungen von Industrierobotern im Jahr 2023 prognostizieren die Marktforscher von Interact Analysis ein jährliches Marktwachstum von 3,7 Prozent bis 2028.

    mehr lesen: 2023 wurden mehr als 500.000 Industrieroboter ausgeliefert

  • Quantencomputing made in Germany

    Quantencomputing made in Germany

    Quantencomputer haben eine besonders hohe Rechenleistung und können so komplexe Probleme lösen. Wie? Davon können sich Unternehmen und Forschungsteams nun im Hamburg ein Bild machen.

    mehr lesen: Quantencomputing made in Germany

  • USA führend bei Digitalinnovationen

    USA führend bei Digitalinnovationen

    Die Innovationstätigkeit in Digitaltechnologien nimmt weiter an Fahrt auf. Und laut Deutschem Patent- und Markenamt dominieren die USA und China in diesen Bereichen. Die deutsche Bilanz ist zwiespältig.

    mehr lesen: USA führend bei Digitalinnovationen

  • Smarties warnen vor Extremereignissen

    Smarties warnen vor Extremereignissen

    Im Forschungsprojekt Smarties entwickelt und testet das Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation (MPI-DS) zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS ein System intelligenter Miniballons mit atmosphärischen Tracern – sogenannten…

    mehr lesen: Smarties warnen vor Extremereignissen