Weltpremiere: Erstmals gelingt die Quanten-Teleportation durch ein normales Glasfaserkabel

Im Oktober 2023 schafften Wissenschaftler:innen in China einen Durchbruch in Sachen Quanten-Teleportation: Sie nutzen ein städtisches Kommunikationsnetzwerk für Quanten-Teleportation und erreichten dabei eine Teleportationsrate von 7,1 Quantenbits. Allerdings galt es bisher als unmöglich, eine Quanten-Teleportation über ein normales Glasfaserkabel umzusetzen, während zeitgleich Lichtpartikel transportiert werden, die für den täglichen Datenverkehr im Internet benötigt werden. Grund dafür war bisher, dass die Lichtsignale die empfindlichen Photone in der Quanten-Teleportation stören würden. Ein Forschungsteam der Northwestern University ist genau dies nun jedoch gelungen.

Quanten-Teleportation durch „volle“ Glasfaserkabel

Der Vorteil hinter Quanten-Teleportation in normalen Glasfaserkabeln während gleichzeitig Daten über diese übertragen werden, ist offensichtlich: Quantennetzwerke könnten sich dann in Zukunft die Infrastruktur mit traditionellen Netzwerken teilen. Die Arbeit des Teams rund um Prem Kumar von der Northwestern University würde es uns ermöglichen, Quanten-Kommunikation auf ein neues Niveau zu heben und dabei zumindest teilweise bereits vorhandene Infrastruktur nutzen. Teilweise deshalb, weil das mit den Glasfasernetzen in einigen Ländern, darunter auch Deutschland, ja noch so eine Sache für sich ist.

Bei der Quanten-Teleportation werden die Eigenschaften eines Partikels wie etwa eines Photons oder Elektrons auf ein weiteres, weit entferntes Quanten-Partikel übertragen. Diese Übertragung macht sich den Effekt der Quantenverschränkung zunutze und findet quasi in Echtzeit statt. Der Vorgang ist eine reine Informationsübertragung, Materie wird dabei nicht ausgetauscht.

Informationsaustausch über 30 Kilometer

In Zukunft könnte Quanten-Teleportation eine Methode sein, um ultraschnell und vor allem auch sicher Informationen zwischen weit entfernten Nutzer:innen des Quantennetzwerks auszutauschen, ohne dass eine direkte physikalische Übertragung erforderlich ist.

Kumar zieht für die Quanten-Teleportation in einem bereits genutzten Glasfasernetzwerk einen Vergleich mit dem Weg eines wackligen Fahrrads, das durch einen Tunnel gesteuert wird, der voller LKW ist. Die Forscher:innen fanden aber einen Weg, das Fahrrad (sprich die empfindlichen Photonen) so zu stabilisieren, dass sie sich ihren Weg bahnen können.

Der Trick dabei ist der Einsatz einer Lichtwellenlänge, die weniger überfüllt war. Außerdem wurden spezielle Filter hinzugefügt, mit denen das Rauschen des normalen Internetverkehrs noch weiter reduziert werden.

Für einen Testaufbau nutzte das Team dann ein 30 Kilometer langes Glasfaserkabel mit jeweils einem Photon an den beiden Enden. Durch dieses Kabel schickten sie dann gleichzeitig Quanten-Informationen und traditionellen Highspeed-Datenverkehr. Trotz der Belegung des Kabels für Datenverkehr konnten die Quanten-Informationen erfolgreich übertragen werden.

Größere Entfernungen und mehr Photonen

Kumar und seine Kolleg:innen wollen ihre Experimente in absehbarer Zukunft auf größere Entfernungen erweitern und statt einen Paar verschränkter Photonen zwei Paare verwendet werden. Sollte dies erfolgreich sein, wäre ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu verteilten Quanten-Anwendungen erreicht. Kumar selber betont, dass die wichtigste erreichte Erkenntnis aus der Arbeit sei, dass klassischer Datenverkehr und Quanten-Kommunikation in einem Glasfaserkabel koexistieren können. Für Quanten-Netzwerke wäre damit keine spezielle Infrastruktur mehr nötig.

via Northwestern University