Das Wettrennen um die Schaffung eines Quanteninternets.

Europa drängt auf die Schaffung einer neuen, sichereren Netzwerkinfrastruktur auf Basis der Quantenphysik, die dazu beitragen soll, dass Hacker keine Informationen stehlen.

Europa, China und die USA investieren in die Entwicklung von Quantencomputern und des Quanteninternets. Foto: metamorworks — Europa, China und die USA investieren in die Entwicklung von Quantencomputern und des Quanteninternets. Foto: *metamorworks*

Im Mai 2023 gelang Dr. Benjamin Lanyon an der Universität Innsbruck ein bedeutender Durchbruch bei der Entwicklung eines neuartigen Internets. Er übertrug Informationen über ein 50 Kilometer langes Glasfaserkabel mithilfe der Prinzipien der Quantenphysik. Informationen in der Quantenphysik unterscheiden sich von den binären Dateneinheiten, die von Computern – dem Kern des heutigen World Wide Web – gespeichert und verarbeitet werden. Die Quantenphysik konzentriert sich auf die Eigenschaften und Wechselwirkungen von Molekülen, Atomen und noch kleineren Teilchen wie Elektronen und Photonen. Quantenbits, sogenannte Qubits, bieten das Potenzial für eine präzisere Informationsübertragung und tragen dazu bei, Datendiebstahl in Netzwerken zu verhindern.

Lanyon zufolge wird seine Forschung das Quanteninternet in Städten realisierbar machen, mit dem Ziel, die Reichweite anschließend auf andere Städte auszudehnen. Sein Durchbruch ist Teil eines Forschungsprojekts der Europäischen Union (EU), das die Realisierung eines Quanteninternets vorantreiben soll. Das Projekt, die Quantum Internet Alliance (QIA), vereint zahlreiche Forschungseinrichtungen und Unternehmen in ganz Europa. Laut Phys.org hat die QIA über einen Zeitraum von dreieinhalb Jahren, bis Ende März 2026, 25,5 Millionen US-Dollar an EU-Fördergeldern erhalten.

„Das Quanteninternet wird das herkömmliche Internet nicht ersetzen, sondern sich mit ihm verbinden“, erklärte Stephanie Wehner, Professorin für Quanteninformation an der Technischen Universität Delft in den Niederlanden und Koordinatorin der QIA.

Ein Schlüsselkonzept der Quantenphysik ist die Quantenverschränkung. Sind zwei Teilchen verschränkt, besitzen sie unabhängig von ihrer räumlichen Entfernung ähnliche Eigenschaften. Beispielsweise haben beide denselben Spin, der die Richtung des Drehimpulses eines Elementarteilchens angibt. Der Spin eines Teilchens ist erst nach der Beobachtung eindeutig. Zuvor befinden sich die Teilchen in verschiedenen Zuständen, sogenannten Superpositionen. Nach der Beobachtung ist der Zustand beider Teilchen jedoch klar definiert.

Dies ist für die sichere Kommunikation äußerst nützlich. Wer Quantendatenübertragungen heimlich abfängt, hinterlässt durch die Veränderung des Zustands der beobachteten Teilchen eine eindeutige Spur. „Wir können die Eigenschaften der Quantenverschränkung nutzen, um eine sichere Kommunikationsmaßnahme zu erreichen, selbst wenn der Angreifer über einen Quantencomputer verfügt“, erklärt Wehner.

Die durch das Quanteninternet ermöglichten sicheren Kommunikationsfähigkeiten könnten ein deutlich breiteres Anwendungsspektrum als herkömmliche Internetnetze eröffnen. In der Medizin beispielsweise ermöglicht die Quantenverschränkung die Synchronisierung von Uhren und verbesserte Fernoperationen. In der Astronomie könnten Teleskope, die weit entfernte Beobachtungen durchführen, „das Quanteninternet nutzen, um Verschränkung zwischen Sensoren herzustellen und so deutlich bessere Bilder des Himmels zu liefern“, sagte Wehner.

Die aktuelle Herausforderung besteht darin, das Quanteninternet so zu skalieren, dass es mehrere Teilchen über große Entfernungen nutzen kann. Lanyon et al. demonstrierten zudem die Kommunikation nicht nur zwischen einzelnen Teilchen, sondern auch zwischen Teilchenstrahlen (in diesem Fall Photonen), wodurch die Verschränkungsraten zwischen Quantenknoten erhöht wurden. Das ultimative Ziel ist es, Quantenknoten über größere Entfernungen, möglicherweise 500 km, zu erweitern und so eine Art Quanteninternet zu schaffen, das weit entfernte Städte ähnlich wie herkömmliche Internetnetze verbinden kann.

Neben Europa haben auch China und die USA in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte im Bereich Quantencomputing und Quanteninternet erzielt. Europa geht noch einen Schritt weiter und entwickelt eine integrierte Weltraum- und terrestrische Infrastruktur für sichere Kommunikation – eine Kernkomponente des Quanteninternets.

An Khang (laut Phys.org )

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