Forscher am Niels-Bohr-Institut in Kopenhagen haben einen Durchbruch in der Quantenkommunikation erzielt, indem sie ein Gerät geschaffen haben, das einzelne Photonen über bestehende Glasfasernetze bei Telekommunikationswellenlängen überträgt — eine Leistung, die Wissenschaftler zuvor für unmöglich hielten. Der Fortschritt, veröffentlicht in Nature Nanotechnology, beseitigt eines der größten Hindernisse für den Aufbau eines globalen Quanteninternets, das Abhören physikalisch erkennbar und Kommunikation grundlegend sicher machen soll.
Der Kern des Durchbruchs liegt in elektrisch gesteuerten Quantenpunkten, die in einen nanophotonischen Schaltkreis eingebettet sind. Diese Quantenpunkte erzeugen über 40 Millionen nahezu identische, kohärente Einzelphotonen pro Sekunde im Telekommunikations-O-Band, mit einer Emissionsqualität, die nur acht Prozent über dem fundamentalen physikalischen Limit liegt. Frühere Quantenpunktgeräte arbeiteten bei etwa 930 Nanometern Wellenlänge, weit unterhalb der 1.260-Nanometer-Schwelle, die für die Kompatibilität mit der weltweiten Telekommunikations-Glasfaserinfrastruktur erforderlich ist.
Die Bedeutung des Betriebs bei Telekommunikationswellenlängen ist kaum zu überschätzen. Es bedeutet, dass quantengesicherte Kommunikation auf denselben Glasfaserkabeln eingesetzt werden kann, die bereits den herkömmlichen Internetverkehr transportieren, ohne dass neue dedizierte Infrastruktur erforderlich ist. Jeder Versuch, diese Einzelphotonenübertragungen abzufangen, stört den Quantenzustand der Photonen und alarmiert sofort sowohl Sender als auch Empfänger über den Eingriff.
Das Forschungsteam demonstrierte außerdem die Quantenschlüsselverteilung über eine im Feld installierte Glasfaserverbindung und bewies damit, dass die Technologie außerhalb von Laborbedingungen funktioniert. Eine internationale Zusammenarbeit zwischen dem Niels-Bohr-Institut und Forschern in Deutschland und China erzielte separat eine sichere Quantenschlüsselverteilung über 127 Kilometer mit ähnlicher Quantenpunkttechnologie.
Branchenexperten sagen, der Durchbruch beschleunige den Zeitplan für praktische Quantennetzwerke von Jahrzehnten auf Jahre. Regierungen und Finanzinstitutionen gehören zu den entschiedensten Befürwortern quantengesicherter Kommunikation angesichts der sensiblen Natur der von ihnen übertragenen Daten. Das Team arbeitet nun daran, die Übertragungsreichweite zu vergrößern und Multiplexverfahren zu entwickeln, um mehrere Quantenkanäle gleichzeitig zu verarbeiten.
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