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.“



  • Neuer VDMA-Präsident gewählt

    Neuer VDMA-Präsident gewählt

    Der VDMA hat mit Karl Haeusgen einen neuen Präsidenten. Im Rahmen der Mitgliederversammlung wurde der Vorstandsvorsitzende von Hawe Hydraulik als Nachfolger von Carl Martin Welcker bestimmt. Auch der Verband VDMA…

    mehr lesen: Neuer VDMA-Präsident gewählt

  • Instandhaltung zwischen Kostendruck und digitalem Wandel

    Instandhaltung zwischen Kostendruck und digitalem Wandel

    Maindays 2020 Instandhaltung zwischen Kostendruck und digitalem Wandel Unter dem Motto ‘Instandhaltung zwischen Kostendruck und digitalem Wandel‘ findet die 21. Jahrestagung MainDays vom 24. bis zum 25. November in Potsdam…

    mehr lesen: Instandhaltung zwischen Kostendruck und digitalem Wandel

  • Kurzarbeit geht weiter zurück

    Kurzarbeit geht weiter zurück

    Im September ist die Zahl der Beschäftigten, die in Kurzarbeit sind, weiter zurückgegangen. Das Ifo-Institut schätzt die Zahl der Kurzarbeiter aktuell auf 3,7 Millionen Menschen.

    mehr lesen: Kurzarbeit geht weiter zurück

  • Edge-Cloud vernetzt 20 Fraunhofer-Institute

    Edge-Cloud vernetzt 20 Fraunhofer-Institute

    Das Fraunhofer IPT und die Firma German Edge Cloud arbeiten gerade an der Fraunhofer Edge Cloud, die bald 20 Fraunhofer-Institute vernetzen soll. Die offene Foschungsplattform und Testumgebung hilft später im…

    mehr lesen: Edge-Cloud vernetzt 20 Fraunhofer-Institute

  • CtrlX-Ökosystem für Third-Party-Software geöffnet

    CtrlX-Ökosystem für Third-Party-Software geöffnet

    Bosch erweitert das noch junge Automatisierungssystem CtrlX um Komponenten und Services. Vor allem aber lädt die Unternehmensgruppe Third-Party-Anbieter dazu ein, sich mit eigenen Anwendungen auf der Plattform zu engagieren.

    mehr lesen: CtrlX-Ökosystem für Third-Party-Software geöffnet

  • Zaghafte Entspannung trotz Orderminus

    Zaghafte Entspannung trotz Orderminus

    Im Vergleich zum Vorjahreszeitraum haben die Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus ein reales Orderminus von 14 Prozent verzeichnet. Das ist seit Beginn der Corona-Krise der geringste Rückgang auf Monatsbasis.

    mehr lesen: Zaghafte Entspannung trotz Orderminus

  • Oliver Gürtler leitet Mittelstandsgeschäft bei Microsoft Deutschland

    Oliver Gürtler leitet Mittelstandsgeschäft bei Microsoft Deutschland

    Oliver Gürtler übernimmt ab November die Leitung des Mittelstandsgeschäfts bei Microsoft Deutschland und wird damit zugleich zum Mitglied der Geschäftsleitung berufen.

    mehr lesen: Oliver Gürtler leitet Mittelstandsgeschäft bei Microsoft Deutschland

  • Mit Indigo Maschinendaten in Echtzeit synchronisieren

    Mit Indigo Maschinendaten in Echtzeit synchronisieren

    Mit ihrer Plattform Indigo will sich das Münchener Startup Emocean auf dem Markt für Analytics-Projekte positionieren. Das Besondere: Die Lösung soll Maschinendaten in Echtzeit synchronisieren und so etwa den unmittelbaren…

    mehr lesen: Mit Indigo Maschinendaten in Echtzeit synchronisieren

  • Trotz Umsatzrückgang wird digitalisiert

    Trotz Umsatzrückgang wird digitalisiert

    Die meisten Firmen weltweit verzeichnen aufgrund der Corona-Pandemie Umsatzrückgänge. Doch neun von zehn Firmen investieren weiter in ihre Digitalisierung. Zu diesem Ergebnis kommen Autoren von Tata Consultancy Services (TCS) nach…

    mehr lesen: Trotz Umsatzrückgang wird digitalisiert

  • Hyland erwirbt Alfresco (Updated)

    Hyland erwirbt Alfresco (Updated)

    Hyland will den Anbieter von Enterprise Content Management-Lösungen Alfresco kaufen. Die Verträge wurden bereits unterzeichnet, im vierten Quartal soll den Kauf abgeschlossen sein.

    mehr lesen: Hyland erwirbt Alfresco (Updated)

  • Was künstliche Intelligenz für die Arbeitswelt bedeutet

    Was künstliche Intelligenz für die Arbeitswelt bedeutet

    Mit den Auswirkungen sowie den Möglichkeiten, die künstliche Intelligenz für die mittelständische Arbeitswelt bietet, beschäftigt sich das Kompetenzzentrum ‚KI für die Arbeitswelt des industriellen Mittelstands‘.

    mehr lesen: Was künstliche Intelligenz für die Arbeitswelt bedeutet

  • Kompetenzzentrum für KI-Engineering gegründet

    Kompetenzzentrum für KI-Engineering gegründet

    Die Bedeutung von künstlicher Intelligenz im Ingenieurswesen wächst. Allerdings fehlen Verfahren, um das Verhalten der Systeme planbar und Entscheidungen nachvollziehbar zu machen. Abhilfe schaffen soll das Kompetenzzentrum für KI-Engineering (CC-KING)…

    mehr lesen: Kompetenzzentrum für KI-Engineering gegründet