Europa drängt auf die Schaffung einer neuen, sichereren Netzwerkinfrastruktur auf Grundlage der Quantenphysik, die dazu beitragen soll, den Diebstahl von Informationen durch Hacker zu verhindern.
Europa, China und die USA investieren in die Entwicklung von Quantencomputern und des Internets. Foto: metamorworks
Im Mai 2023 gelang Dr. Benjamin Lanyon von der Universität Innsbruck in Österreich ein entscheidender Schritt zur Schaffung eines neuartigen Internets. Er übertrug Informationen über ein 50 Kilometer langes Glasfaserkabel und nutzte dabei die Prinzipien der Quantenphysik. Informationen in der Quantenphysik unterscheiden sich von den Binärziffern der Daten, 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 sogar kleineren Teilchen wie Elektronen und Photonen. Quantenbits, kurz Qubits, bieten das Potenzial für eine präzisere Informationsübertragung und tragen so dazu bei, Cyberdiebstahl zu verhindern.
Lanyon sagte, seine Forschung werde das Quanteninternet innerhalb von Städten ermöglichen und letztendlich auch die Überbrückung von Entfernungen zwischen Städten ermöglichen. Sein Durchbruch ist Teil eines Forschungsprojekts der Europäischen Union (EU), das dem Quanteninternet näher kommen soll. Das Projekt namens Quantum Internet Alliance (QIA) vereint Forschungsinstitute und Unternehmen aus ganz Europa. Laut Phys.org erhält die QIA von der EU eine Förderung von 25,5 Millionen US-Dollar für dreieinhalb Jahre, bis Ende März 2026.
„Das Quanteninternet wird das herkömmliche Internet nicht ersetzen, sondern ergänzen“, sagte Stephanie Wehner, Professorin für Quanteninformation an der Technischen Universität Delft in den Niederlanden und Koordinatorin der QIA.
Ein wichtiges Konzept der Quantenphysik ist die Quantenverschränkung. Sind zwei Teilchen miteinander verschränkt, besitzen sie unabhängig von ihrer räumlichen Entfernung immer noch ähnliche Eigenschaften. Beispielsweise haben sie beide den gleichen „Spin“, der die Richtung des Eigendrehimpulses eines Elementarteilchens darstellt. Der Spinzustand eines Teilchens ist erst bei seiner Beobachtung klar. Zuvor befinden sie sich in verschiedenen Zuständen, sogenannten Superpositionen. Doch nach der Beobachtung sind die Zustände beider Teilchen eindeutig definiert.
Dies ist für sichere Kommunikation nützlich. Wer eine Quantenübertragung abfängt, hinterlässt eine deutliche Spur, indem er den Zustand des beobachteten Teilchens verändert. „Wir können die Eigenschaften der Quantenverschränkung nutzen, um eine sichere Kommunikation zu erreichen, selbst wenn der Angreifer einen Quantencomputer besitzt“, erklärt Wehner.
Die sicheren Kommunikationsmöglichkeiten eines Quanteninternets könnten ein deutlich breiteres Anwendungsspektrum eröffnen als das herkömmliche Internet. In der Medizin könnte die Quantenverschränkung beispielsweise die Synchronisierung von Uhren ermöglichen und so Fernoperationen verbessern. Und in der Astronomie könnten Teleskope für Fernbeobachtungen „das Quanteninternet nutzen, um eine Verschränkung zwischen Sensoren zu erzeugen und so deutlich bessere Bilder des Himmels zu liefern“, so Wehner.
Die Herausforderung besteht nun darin, das Quanteninternet so zu skalieren, dass viele Teilchen über große Entfernungen genutzt werden können. Lanyon und seine Kollegen demonstrierten zudem die Kommunikation nicht nur zwischen einzelnen Teilchen, sondern auch zwischen Teilchenstrahlen (in diesem Fall Photonen), wodurch die Verschränkungsrate zwischen Quantenknoten erhöht wurde. Das ultimative Ziel ist die Ausweitung der Quantenknoten auf größere Entfernungen, beispielsweise 500 Kilometer, um ein Quanteninternet zu schaffen, das abgelegene Städte ähnlich dem herkömmlichen Internet verbinden könnte.
Auch außerhalb Europas haben China und die USA in den letzten Jahren Fortschritte im Bereich Quantencomputing und Internet erzielt. Europa ist bei der Entwicklung integrierter Weltraum- und Bodeninfrastruktur für sichere Kommunikation, einem Kernbestandteil des Quanteninternets, weiter fortgeschritten.
An Khang (Laut Phys.org )
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