Forscher haben erfolgreich die Quantenteleportation – die sofortige Übertragung eines Quantenzustands – über mehr als 30 Kilometer aktives Glasfaserkabel durchgeführt, das regelmäßigen Internetverkehr überträgt. Dieser im Dezember 2024 in Optica veröffentlichte Durchbruch zeigt einen Weg zur Integration der Quantenkommunikation in die bestehende Infrastruktur auf.
Warum das wichtig ist
Bei der Quantenteleportation geht es nicht um das Beamen von Menschen oder Daten, wie es in der Science-Fiction dargestellt wird. Stattdessen geht es darum, den Zustand eines Quantenteilchens zu übertragen. Dies ist aus mehreren Gründen von entscheidender Bedeutung:
- Sichere Kommunikation: Quantennetzwerke bieten theoretisch unknackbare Verschlüsselung.
- Verteiltes Rechnen: Die Verbindung von Quantencomputern ermöglicht eine exponentiell schnellere Verarbeitung.
- Advanced Sensing: Präzise Quantenmessungen können Bereiche wie Medizin und Materialwissenschaften revolutionieren.
Der Schlüssel liegt darin, dass dies über reale Internetleitungen und nicht über isolierte Laboraufbauten erfolgte. Bisherige Versuche beschränkten sich auf kontrollierte Umgebungen oder Simulationen.
Die Herausforderung der realen Teleportation
Das Haupthindernis ist die Dekohärenz – die Tendenz von Quantenzuständen, aufgrund von Umweltinterferenzen in klassische Informationen zu kollabieren. Stellen Sie sich einen empfindlichen Quantenzustand als ein fragiles Stück Information vor, das selbst bei geringfügigen Störungen leicht zerstört werden kann. Dies über ein Glasfaserkabel zu senden, das mit Milliarden anderer Signale (Banktransaktionen, Videos, E-Mails) summt, ist wie der Versuch, in einem Hurrikan zu flüstern.
Prem Kumar von der Northwestern University und sein Team haben dieses Problem gelöst, indem sie:
- Strategische Wellenlängenauswahl: Auswahl spezifischer Lichtfrequenzen, um Streuung und Interferenzen zu minimieren.
- Kanalbeschränkung: Sorgfältige Kontrolle des Photonenwegs, um unerwünschte Wechselwirkungen zu reduzieren.
Kumar erklärt: „Wir haben sorgfältig untersucht, wie Licht gestreut wird, und unsere Photonen an einem sinnvollen Punkt platziert, an dem dieser Streumechanismus minimiert wird.“
Wie es funktioniert (vereinfacht)
Bei der Quantenteleportation geht es nicht darum, das eigentliche Teilchen zu bewegen. Stattdessen nutzt es die Quantenverschränkung – eine unheimliche Verbindung zwischen zwei Teilchen, unabhängig von der Entfernung.
- Der Zustand des Originalteilchens wird gemessen und das Original zerstört.
- Diese Messung wird (klassisch) an den Empfänger gesendet.
- Das verschränkte Partnerteilchen wird dann in denselben Zustand gezwungen.
Dabei handelt es sich nicht um eine Reise mit Überlichtgeschwindigkeit; Informationen verbreiten sich immer noch mit Lichtgeschwindigkeit. Es ermöglicht jedoch eine sichere und sofortige Statusübertragung.
Die Zukunft der Quantennetzwerke
Dieses Experiment ist ein großer Schritt in Richtung eines Quanteninternets. Die Implikation ist, dass wir die bestehende Infrastruktur nicht überarbeiten müssen, um Quantennetzwerke aufzubauen. Quanten- und klassische Kommunikation können auf denselben Glasfaserleitungen nebeneinander existieren, wenn die Wellenlängen richtig verwaltet werden.
„Viele Menschen haben lange angenommen, dass niemand eine spezielle Infrastruktur zum Senden von Lichtteilchen bauen würde. Wenn wir die Wellenlängen richtig wählen, müssen wir keine neue Infrastruktur aufbauen. Klassische Kommunikation und Quantenkommunikation können nebeneinander existieren.“ – Prem Kumar
Dies macht ein praktisches Quanteninternet weitaus leichter erreichbar und beschleunigt die Entwicklung von Technologien, die auf Quantenkonnektivität basieren. Die Forschung legt nahe, dass das Quanteninternet kein ferner Traum mehr ist, sondern eine sich schnell nähernde Realität.
