Ein bahnbrechender Fortschritt in der Quanteninternettechnologie wurde von einem internationalen Forschungsteam unter der Leitung von QuTech erzielt und markiert einen entscheidenden Übergang von Laborversuchen zu realen Anwendungen. Am 1. November 2024 gab das Team eine erfolgreiche Quantenverbindung zwischen Prozessoren bekannt, die 25 Kilometer voneinander entfernt in den niederländischen Städten Delft und Den Haag liegen.
Diese Errungenschaft, die im Journal Science Advances detailliert beschrieben wird, beinhaltete die Entwicklung vollständig unabhängiger Arbeitsknoten, die mit der bestehenden Glasfaser-Internet-Infrastruktur integriert wurden. Ronald Hanson, der Gruppenleiter, erklärte: "Die Entfernung, über die wir in diesem Projekt Quantenverschränkung erzeugen, über 25 km verlegter unterirdischer Faser, ist ein Rekord für Quantenprozessoren. Das ist das erste Mal, dass solche Quantenprozessoren in verschiedenen Städten miteinander verbunden sind."
Die Implikationen eines funktionalen Quanteninternets sind enorm. Es ermöglicht die Übertragung von Quanteninformationen (Qubits), die gleichzeitig in Superpositionen von 0 und 1 existieren können, und die verschränkt werden können, was sofortige Korrelationen unabhängig von der Entfernung ermöglicht. Solche Fähigkeiten versprechen revolutionäre Fortschritte in der Kommunikation und Berechnung, einschließlich sicherer Verschlüsselungsschlüssel für den sicheren Austausch finanzieller und medizinischer Daten sowie die Möglichkeit, entfernte Quantencomputer zu verbinden, um die Rechenleistung zu steigern und gleichzeitig die Privatsphäre der Nutzer zu gewährleisten.
Der Übergang von Laborumgebungen zur urbanen Quantenkommunikation stellte zahlreiche Herausforderungen dar. Das Team entwickelte ein flexibles System, das es den Knoten ermöglichte, unabhängig über große Entfernungen zu arbeiten, die Auswirkungen des Photonverlusts auf die Verbindungsrate zu mindern und jedes Mal eine zuverlässige Bestätigung zu gewährleisten, wenn erfolgreich verschränkte Verbindungen hergestellt wurden. Co-Autor Arian Stolk erklärte: "Die Verbindung musste innerhalb der Wellenlänge der Photonen (weniger als ein Mikrometer) über 25 Kilometer Glasfaser stabil bleiben. Diese Aufgabe kann mit der Aufrechterhaltung einer konstanten Entfernung zwischen der Erde und dem Mond mit einer Genauigkeit von nur wenigen Millimetern verglichen werden."
Durch die Nutzung eines photoneneffizienten Protokolls erzielten die Forscher eine präzise Stabilisierung der Glasfaserverbindung. Sie demonstrierten erfolgreich die Verschränkung zwischen zwei Knoten des quanten Netzwerkes, die Diamantspin-Qubits enthielten, und stellten einen vorgegebenen verschränkten Zustand zwischen den Knoten her.
Die umfangreiche Erfahrung des Teams und die Zusammenarbeit mit verschiedenen Organisationen, darunter Fraunhofer ILT, OPNT, Element Six, Toptica und dem niederländischen Telekommunikationsanbieter KPN, trugen zum Erfolg des Projekts bei. Die entwickelte Architektur und die Methoden sind auf andere Qubit-Plattformen anwendbar und ebnen den Weg für skalierbare Qubits der nächsten Generation.