Forschung

Weltrekord für Glasfaser-Quantenleitung

30.12.2022 - Photonenverschränkung über 248 Kilometer Glasfaserleitung nachgewiesen.

Einmal mehr haben Wissenschaftler des Wiener Instituts für Quantenoptik und Quanten­information der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) einen neuen Weltrekord bei der Quanten­verschränkung aufgestellt: Erstmals ist es ihnen gelungen, verschränkte Photonen über 248 Kilometer verlegte Glasfaser zu schicken. Die bisherige Rekord­distanz über knapp 100 Kilometer aus dem Jahr 2019 wurde somit mehr als verdoppelt.

 

Ziel des jüngsten Experiments war die Erstellung eines ersten Knotens im Quapital-Netzwerk, einem Forschungsprojekt für ein zentral­europäisches Quanten­internet. Quanten­netzwerke versprechen absolut abhörsichere Kommunikation und leistungsstarke verteilte Sensornetzwerke für Forschung und Technologie – sie gelten als Kommunikations­wege der Zukunft. Bahnbrechende Vorarbeiten hat in diesem Bereich auch Nobel­preisträger Anton Zeilinger geleistet.

Im Rahmen des Quapital-Projekts schickte ein Sendeapparat in Wien stabil über mehrere Tage Quantenzustände nach Sankt Pölten und Bratislava. Dort wurden sie gemessen und ihre quanten­physikalischen Eigenschaften nachgewiesen. Dabei wurde eine Quelle für verschränkte Photonenpaare im Keller des Physikinstituts der Universität Wien an zwei bereits verlegte Glasfasern angeschlossen. Die beiden je zirka 125 Kilometer langen Faser­leitungen führten zu Empfangsstationen in der Nähe von Sankt Pölten sowie in der Slowakischen Akademie der Wissenschaften in Bratislava.

„Quantenverschränkung ermöglicht es, korrelierten Zufall zu erzeugen. Das ist, als ob zwei Münzen, die an verschiedenen Orten – in unserem Fall Sankt Pölten und Bratislava – geworfen werden, stets auf dieselbe Seite fallen“, erklärt Rupert Ursin, wissenschaftlicher Leiter des Projekts an der ÖAW. Dieser Effekt ist nicht nur aus physikalischer Sicht interessant, sondern habe ganz konkrete Anwendungen. Die auch kommerziell ausgereifteste davon ist die verschlüsselte Datenübertragung mithilfe von Quanten­technologie. Bei dieser Quanten­kryptographie können die Photonen dazu verwendet werden, Nachrichten prinzipiell unknackbar zu verschlüsseln. Aber auch die Verknüpfung von zukünftigen Quanten­computern wird durch die Übertragung von Verschränkung ermöglicht.

Sebastian Neumann, Erstautor der Publikation und mit der Durchführung des Experiments betraut, schildert die größten Herausforderungen: „Im Unterschied zum ‚normalen‘ Internet­signal können Quantenzustände nicht auf dem Weg ausgelesen und verstärkt werden. Dadurch werden die Leitungs­verluste zu einem Problem, weil nur etwa jedes hundert­millionste weggeschickte Photonen­paar auch tatsächlich an den Detektoren ankommt.“

Dementsprechend hoch müsse die Rate der in Wien erzeugten Photonen sein. „Dafür haben wir eine spezielle Photonenquelle konstruiert, über die wir sogar eigens publiziert haben“, sagt Neumann. Außerdem müsse das Signal gegen Temperatur­schwankungen in der Faser unempfindlich gemacht werden, wofür ein eigenes Stabilisierungs­system ersonnen wurde. Dies ermöglicht einen ununterbrochenen Betrieb der Leitung, eine weitere wichtige Voraussetzung für ein zukünftiges Quanten­internet.

ÖAW / DE

 

Weitere Infos

Webseminar: Simulation für die Raumfahrt

Dienstag, 21.März 2023, 14:00 Uhr
Im Webseminar lernen Sie mehr über die Rolle von Simulation beim Umsetzen von Weltraumforschungs- und Entwicklungsprojekten.

Zur Registrierung

Webseminar: Simulation für die Raumfahrt

Dienstag, 21.März 2023, 14:00 Uhr
Im Webseminar lernen Sie mehr über die Rolle von Simulation beim Umsetzen von Weltraumforschungs- und Entwicklungsprojekten.

Zur Registrierung