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.“



  • Wie Hacker im Darknet Innentäter anwerben

    Wie Hacker im Darknet Innentäter anwerben

    Hacker und Cyberkriminelle bieten im Darknet nicht nur ihre Dienste an oder verkaufen dort erbeutete Datensätze. Sie suchen auch Komplizen, wie etwa unzufriedenen Mitarbeitern. Manchmal bieten diese ihre Dienste sogar…

    mehr lesen: Wie Hacker im Darknet Innentäter anwerben

  • Ein Motorrad fürs Wasserstoffzeitalter

    Ein Motorrad fürs Wasserstoffzeitalter

    Ein deutsch-tschechisches Konsortium aus Forschungseinrichtungen und Unternehmen arbeitet im Projekt Hydrocycle an einem Wasserstoff-Motorrad. Unter anderem wollen die Partner einen neuartigen Brennstoffzellenstack entwickeln

    mehr lesen: Ein Motorrad fürs Wasserstoffzeitalter

  • Verbände üben Kritik am AI Act

    Verbände üben Kritik am AI Act

    Regeln für künstliche Intelligenz Verbände üben Kritik am AI Act In dieser Woche wird Deutschland voraussichtlich grünes Licht für den aktuellen Entwurf des EU AI Acts geben. Verbände äußern jedoch…

    mehr lesen: Verbände üben Kritik am AI Act

  • Hesthaven neuer KIT-Präsident

    Hesthaven neuer KIT-Präsident

    Jan S. Hesthaven folgt auf Holger Hanselka Hesthaven neuer KIT-Präsident Prof. Jan S. Hesthaven wird neuer Präsident des Karlsruher Instituts für Technologie. Er folgt auf Prof. Holger Hanselka, der Mitte…

    mehr lesen: Hesthaven neuer KIT-Präsident

  • Nostradamus arbeitet an europäischer Quanten-Testinfrastruktur

    Nostradamus arbeitet an europäischer Quanten-Testinfrastruktur

    Kommunikationsnetz mit Quantenverschlüsselung Nostradamus arbeitet an europäischer Quanten-Testinfrastruktur Ein von der Telekom geführtes Konsortium verantwortet den Aufbau von Quanten-Testinfrastruktur für Europa. Die Europäische Union will damit die Sicherheit ihrer Kommunikationsnetze,…

    mehr lesen: Nostradamus arbeitet an europäischer Quanten-Testinfrastruktur

  • Unternehmen ziehen gemischte LkSG-Bilanz

    Unternehmen ziehen gemischte LkSG-Bilanz

    Ein Jahr Lieferkettensorgfaltspflichtengesetz Unternehmen ziehen gemischte LkSG-Bilanz Eine Studie von IntegrityNext zeigt, dass Unternehmen ab 3.000 Mitarbeitenden eine mäßig positive Bilanz nach dem ersten Jahr des Lieferkettensorgfaltspflichtengesetzes (LkSG) ziehen. Als…

    mehr lesen: Unternehmen ziehen gemischte LkSG-Bilanz

  • Umati eröffnet Showroom in China

    Umati eröffnet Showroom in China

    Ab sofort können sich Interessierte auch in China live von den Vorteilen offener, standardisierter Schnittstellen auf Basis von OPC UA überzeugen und Umati besser kennenlernen. Die gemeinsame Konnektivitätsinitiative von VDW…

    mehr lesen: Umati eröffnet Showroom in China

  • Vagner Rego wird neuer Chef von Atlas Copco

    Vagner Rego wird neuer Chef von Atlas Copco

    Ab Mai in neuer Position Vagner Rego wird neuer Chef von Atlas Copco Zum 1. Mai übernimmt der Brasilianer Vagner Rego beim schwedischen Industriekonzern Atlas Copco die Position des Präsidenten…

    mehr lesen: Vagner Rego wird neuer Chef von Atlas Copco

  • Mehr Sicherheit für 5G/6G-Infrastrukturen

    Mehr Sicherheit für 5G/6G-Infrastrukturen

    Forschungsprojekt RealSec5G Mehr Sicherheit für 5G/6G-Infrastrukturen Im Projekt ’RealSec5G’ sollen die Anforderungen der Datensicherheit in Kommunikationsgeräten für 5G/6G-Infrastrukturen in einem deterministischen Time-Sensitive-Netzwerk (TSN) erprobt werden. Im Projekt konzipiert das Fraunhofer-Institut…

    mehr lesen: Mehr Sicherheit für 5G/6G-Infrastrukturen

  • Synostik stellt Geschäftsführer Maik Ekert vor

    Synostik stellt Geschäftsführer Maik Ekert vor

    Mit sofortiger Wirkung Synostik stellt Geschäftsführer Maik Ekert vor Der IT-Dienstleister Synostik gibt Veränderungen in der Führungsebene bekannt und hat Maik Ekert mit sofortiger Wirkung zum Geschäftsführer ernannt.

    mehr lesen: Synostik stellt Geschäftsführer Maik Ekert vor

  • Aleph Alpha erweitert Führungsteam

    Aleph Alpha erweitert Führungsteam

    Jan Hiesserich ist neuer Vice President of Strategy & Communications bei Aleph Alpha. Er kommt vom US-Datenanalyse-Spezialisten Palantir Technologies zum Heidelberger KI-Startup.

    mehr lesen: Aleph Alpha erweitert Führungsteam

  • Fabian Kuttenkeuler leitet Vertrieb

    Fabian Kuttenkeuler leitet Vertrieb

    Wechsel bei Kontron Electronics Fabian Kuttenkeuler leitet Vertrieb Kontron Electronics hat einen neuen Vertriebsleiter. Fabian Kuttenkeuler übernimmt das Amt von Franz Ott, der neuer Business Development Manager des Unternehmens wird.

    mehr lesen: Fabian Kuttenkeuler leitet Vertrieb