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.“



  • Erwartungen an Konjunktur im Juni steigen

    Erwartungen an Konjunktur im Juni steigen

    Insgesamt steigen die Erwartungen an die Konjunktur für den Monat Juni 2020, haben die Volkswirte beim ZEW ermittelt. Viele exportorientierte wie der Maschinen- und Fahrzeugbau teilen diese positive Einschätzung noch…

    mehr lesen: Erwartungen an Konjunktur im Juni steigen

  • PSI übernimmt Prognosesoftwareanbieter Prognos Energy

    PSI übernimmt Prognosesoftwareanbieter Prognos Energy

    Der Softwareanbieter PSI hat Prognos Energy übernommen. Das Unternehmen aus Potsdam ist auf Einspeisungsprognosen aus erneuerbaren Energien spezialisiert.

    mehr lesen: PSI übernimmt Prognosesoftwareanbieter Prognos Energy

  • Maschinenbau will trotz Corona weiter ausbilden

    Maschinenbau will trotz Corona weiter ausbilden

    Laut einer aktuellen Umfrage des VDMA unter 600 Mitgliedsfirmen gehen 68 Prozent davon aus, dass sie künftig genauso viele gewerblich-technische Ausbildungsplätze anbieten können, wie vor der Corona-Pandemie.

    mehr lesen: Maschinenbau will trotz Corona weiter ausbilden

  • Industrie 4.0 im Maschinenbau im Trend

    Industrie 4.0 im Maschinenbau im Trend

    Im Rahmen der Marktstudie ‚Industrielle Kommunikation/Industrie 4.0 2020‘ gaben im Januar/Februar 2020 mehr als 300 Maschinenbauunternehmen Auskunft über das Einsatzverhalten und über zukünftige Entwicklungen in den Bereichen Kommunikationstechnologien und Industrie…

    mehr lesen: Industrie 4.0 im Maschinenbau im Trend

  • Cyberattacken oft zu spät entdeckt

    Cyberattacken oft zu spät entdeckt

    Mangelnde Reaktionsgeschwindigkeit ist für den Mittelstand die größte Herausforderung bei Cyberangriffen. Dabei stehen laut einer Studie von Deloitte Mitarbeiter bei der Abwehr von Risiken im Brennpunkt. Phishing-Mails, Betrugs-Websites und Erpressungssoftware…

    mehr lesen: Cyberattacken oft zu spät entdeckt

  • KI ist wichtig, die Umsetzung läuft noch schleppend

    KI ist wichtig, die Umsetzung läuft noch schleppend

    Die Unternehmen sprechen der künstlichen Intelligenz eine herausragende Bedeutung zu, tun sich aber schwer damit, die Technologie praktisch einzusetzen. Dies geht aus einer branchenübergreifenden Umfrage des Digitalverbands Bitkom unter 603…

    mehr lesen: KI ist wichtig, die Umsetzung läuft noch schleppend

  • Hilpert vertreibt Critical Manufacturing-MES in der Schweiz

    Hilpert vertreibt Critical Manufacturing-MES in der Schweiz

    Das MES von Critical Manufacturing können Schweizer Unternehmen künftig auch von Hilpert Electronic beziehen. Der Spezialist für Applikationen rund um die Mikroelektronikfertigung ist neuer Vertriebspartner des weltweit agierenden MES-Herstellers mit…

    mehr lesen: Hilpert vertreibt Critical Manufacturing-MES in der Schweiz

  • Algorithmen automatisiert trainieren

    Algorithmen automatisiert trainieren

    Durch künstliche Intelligenz (KI) können Maschinen Objekte erkennen. Dafür werden Algorithmen mit Bilddaten manuell trainiert. Das am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entstandene Start-up Kimoknow hat eine Technologie entwickelt, um…

    mehr lesen: Algorithmen automatisiert trainieren

  • Übungen als Schutz vor Cyberrisiken?

    Übungen als Schutz vor Cyberrisiken?

    Immer mehr IT-Abteilungen vertrauen auf Penetrationstests oder Bug-Bounty-Programme und simulieren Cyberattacken, um ihre Mitarbeiter zu sensibilisieren. Grund dafür ist der explosionsartige Anstieg von Cyberbedrohungen. 

    mehr lesen: Übungen als Schutz vor Cyberrisiken?

  • Stephan Klokow in Vorstand des Cluster IT Mitteldeutschland gewählt

    Stephan Klokow in Vorstand des Cluster IT Mitteldeutschland gewählt

    Stephan Klokow, Direktor DPI (Deep Packet Inspection) beim Rohde & Schwarz Tochterunternehmen Ipoque, wurde während der Mitgliederversammlung am 18. Mai 2020 in den Vorstand des Branchennetzwerks Cluster IT Mitteldeutschland e.V.…

    mehr lesen: Stephan Klokow in Vorstand des Cluster IT Mitteldeutschland gewählt

  • Netzwerk-Firewall für interne Segmentierung

    Netzwerk-Firewall für interne Segmentierung

    Fortinet stellt mit der FortiGate 4200F eine leistungsstarke Netzwerk-Firewall vor. Diese basiert auf dem NP7, dem von Fortinet entwickelten Netzwerkprozessor der siebten Generation. Indem sie Networking mit Security verbindet, ermöglicht…

    mehr lesen: Netzwerk-Firewall für interne Segmentierung

  • Industrie rechnet weiter mit Rückgang der Produktion

    Industrie rechnet weiter mit Rückgang der Produktion

    Trotz eines Anstiegs im Vergleich zum Vormonat bleiben die Ifo-Produktionserwartungen im negativen Bereich. Die deutsche Industrieunternehmen erwarten somit einen weiteren Rückgang der Produktion.

    mehr lesen: Industrie rechnet weiter mit Rückgang der Produktion