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.“



  • Prüfkriterien zur KI-Zertifizierung

    Prüfkriterien zur KI-Zertifizierung

    Um das wirtschaftliche und gesellschaftliche Potential von künstlicher Intelligenz auszuschöpfen, müssen Menschen den Entscheidungen von KI-Systemen und den mit ihnen verbundenen Prozessen vertrauen. Dazu kann eine entsprechende Zertifizierung beitragen. Nach…

    mehr lesen: Prüfkriterien zur KI-Zertifizierung

  • SPS-MAGAZIN zeigt Herbst-Innovationen 2020

    SPS-MAGAZIN zeigt Herbst-Innovationen 2020

    Die Innovationen der Automatisierung im Rampenlicht: Im Sonderteil GROSSER HERBST DER INNOVATIONEN des aktuellen SPS-MAGAZINs präsentieren die führenden Anbieter der Automatisierungstechnik die neuen Produkte und Lösungen, die sie eigentlich auf…

    mehr lesen: SPS-MAGAZIN zeigt Herbst-Innovationen 2020

  • Softeq eröffnet Innovation Lab

    Softeq eröffnet Innovation Lab

    Technologieentwicklung Softeq eröffnet Innovation Lab Das IT-Unternehmen Softeq, mit Hauptsitz in Houston und Dependance unter anderem in München, will mithilfe des Integrated Design and Management Program vom Massachusetts Institute of…

    mehr lesen: Softeq eröffnet Innovation Lab

  • Sicherer Datentransfer mit OPC UA

    Sicherer Datentransfer mit OPC UA

    Genua hat seine Cyber-Diode für OPC UA erweitert. Die Securitylösung lässt den Datentransfer ausschließlich in eine Richtung zu – in Gegenrichtung blockt sie jeden Informationsfluss ab.

    mehr lesen: Sicherer Datentransfer mit OPC UA

  • Thermografiekameras und deren Kalibrierung

    Thermografiekameras und deren Kalibrierung

    Praktisch alle im Handel erhältlichen Thermografiekameras zeigen für die Messpunkte im Kamerabild Temperaturwerte an. Jedoch ist nicht offengelegt, wie der Kalibrierprozess stattgefunden hat.

    mehr lesen: Thermografiekameras und deren Kalibrierung

  • Wieder mehr Beschäftigte in der Industrie

    Wieder mehr Beschäftigte in der Industrie

    Im Vergleich zum Vorjahr verzeichnen die deutschen Industrieunternehmen zwar weniger Beschäftigte, im Vergleich zum August 2020 ist die Zahl der Beschäftigen jedoch erstmals seit einem Jahr wieder gestiegen.

    mehr lesen: Wieder mehr Beschäftigte in der Industrie

  • Webinarserie: IT&Production TechTalks

    Webinarserie: IT&Production TechTalks

    Im November starten die IT&Production-Fachmedien eine eigene Webinarserie – die IT&Production TechTalks. Jedes Webinar bietet drei Vorträge zu einem Schwerpunktthema – u.a. MES/MOM (24. November), Robotic Process Automation (26. November),…

    mehr lesen: Webinarserie: IT&Production TechTalks

  • Richtlinien zum Anlagen-Engineering aktualisiert

    Richtlinien zum Anlagen-Engineering aktualisiert

    Die Richtlinienreihe VDI/VDE 3695 ‚Engineering von Anlagen‘ wurde überarbeitet und an den Stand der Technik, insbesondere an I4.0-Vorgaben, angepasst. Die Reihe unterstützt Engineering-Organisationen dabei, geeignete Maßnahmen zur gezielten Weiterentwicklung der…

    mehr lesen: Richtlinien zum Anlagen-Engineering aktualisiert

  • Ausgezeichnete Produktfamilie

    Ausgezeichnete Produktfamilie

    Der Bundesverband IT-Sicherheit e.V. (TeleTrusT) hat die SDoT-Produktfamilie als Cross Domain Solution (CDS) von Infodas mit dem diesjährigen Innovationspreis für innovative, vertrauenswürdige und praxistaugliche IT-Sicherheitslösungen ausgezeichnet. 

    mehr lesen: Ausgezeichnete Produktfamilie

  • Barracuda Networks erwirbt Startup Fyde

    Barracuda Networks erwirbt Startup Fyde

    Barracuda hat die Übernahme von des Zero Trust Cybersecurity Startups Fyde mit Sitz in Palo Alto, Kalifornien, und Porto, Portugal, bekanntgegeben, um die Barracuda CloudGen SASE-Plattform um ZTNA-Funktionen zu erweitern.

    mehr lesen: Barracuda Networks erwirbt Startup Fyde

  • Virtuelle Messe fürreale Abschlüsse

    Virtuelle Messe fürreale Abschlüsse

    Die Hallen des Nürnberger Messegeländes bleiben im November 2020 aufgrund der Corona-Pandemie zwar leer. Die SPS-Messe soll dennoch stattfinden: Veranstalter Mesago liefert mit der SPS Connect vom 24. bis zum…

    mehr lesen: Virtuelle Messe fürreale Abschlüsse

  • Fanuc liefert 1.400 Roboter an Volkswagen

    Fanuc liefert 1.400 Roboter an Volkswagen

    In den beiden VW-Werken in Emden und im US-amerikanischen Chattanooga sollen ab 2022 rund 1.400 Fanuc-Roboter bei der Produktion einer neuen E-Fahrzeuggeneration unterstützen.

    mehr lesen: Fanuc liefert 1.400 Roboter an Volkswagen