Quantenteleportation quer durch Saarbrücken

Physiker um Jürgen Eschner und Christoph Becher von der Uni des Saarlandes benutzen eine 14 Kilometer lange Glasfaserverbindung quer durch Saarbrücken, um mit Lichtteilchen Information zu übertragen. Sie zeigen, dass selbst unter schwierigen Randbedingungen zwei essentielle Bausteine der Quantenkommunikation, die Quantenverschränkung und die Teleportation, über diese Entfernung realisiert werden können. So demonstriert das Team erste konkrete Schritte zur Kommunikation in einem Quantennetzwerk.

In einem jetzt präsentierten Experiment werden zuerst verschränkte Photonenpaare hergestellt. Dabei ist der Zustand beider Photonen komplett zufällig, aber jedes Photon hat immer den entgegengesetzten Zustand seines Partners. Ein Photon wird über die Glasfaser an die HTW Saar übertragen, das andere wechselwirkt im Labor mit einem einzelnen Atom. Diese Wechselwirkung liefert die Information, mit der der vorherige Zustand des Atoms auf das Photon an der HTW Saar teleportiert wird.

Die Glasfaserverbindung ist Teil der Telekommunikationsstrecke zwischen der UdS und der HTW und wird den Forschern von der VSE NET zur Verfügung gestellt. Im Rahmen eines BMBF-geförderten Projekts und mit Unterstützung durch HIZ Saarland, Firma Menlo und HTW-Professor Damian Weber wurde die Strecke für die Quantenkommunikation eingerichtet. Eine große Herausforderung dabei war, dass ein oberirdischer Teil der Strecke Wind und Wetter ausgesetzt ist.

Auf solche Einflüsse reagiert die Information auf den einzelnen Lichtteilchen besonders empfindlich. Ein großer Meilenstein der Forschungsarbeit war es daher, diese Einflüsse kontinuierlich zu messen und zu kompensieren. „Diese schwierige Faserstrecke macht die Ergebnisse besonders wertvoll, weil wir gezeigt haben, wie selbst unter solchen Bedingungen Quantenkommunikation verwirklicht werden kann“, betont Eschner.

In ihren weiteren Arbeiten werden die Wissenschaftler die Quantenverschränkung nutzen, um die Erstellung eines Quantenschlüssels zur gesicherten Informationsübertragung zu realisieren. Die Faserstrecke soll auch an ein geplantes deutschlandweites Quanten-Glasfasernetz angeschlossen werden. An diesen Plänen ist Becher maßgeblich beteiligt. „Die Key Players der deutschen Quantentechnologie und die Bundesministerien sind derzeit im Gespräch über eine Infrastruktur für Quantenkommunikation, welche gesicherte Kommunikation und Datenaustausch zwischen Quantencomputern ermöglichen wird“, so der Forscher.

UdS / RK