Erste Quantenkommunikation in normaler Internet-Leitung gelungen

Forschenden der Northwestern University ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu praxistauglichen Quantennetzwerken gelungen. Sie konnten verschränkte Photonen über eine 24,4 Kilometer lange, nicht abgeschottete Glasfaserverbindung übertragen.

Kein Bedarf an eigener Infrastruktur

Bisherige Experimente mit dieser Art der Kommunikation erfolgten unter Laborbedingungen in Glasfasern, die ausschließlich zu diesem Zweck genutzt wurden. Das war nun anders: Dieselbe Leitung transportierte gleichzeitig regulären Hochgeschwindigkeits-Internetverkehr. Trotz der starken Belastung blieb die Quantenverschränkung mit einer Genauigkeit von mehr als 94 Prozent erhalten.

Der Erfolg gilt als bedeutender Fortschritt, weil zukünftige Quantennetzwerke damit nicht zwangsläufig eine eigene Glasfaser-Infrastruktur benötigen würden. Stattdessen könnten sie bestehende Telekommunikationsnetze mitnutzen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Optica Quantum veröffentlicht.

Die Herausforderung besteht darin, dass Quantensignale extrem empfindlich auf Störungen reagieren. Während herkömmliche Datenübertragungen Millionen von Lichtteilchen nutzen, basiert die Quantenkommunikation auf einzelnen Photonen. Bereits geringste optische Störungen können diese Signale unbrauchbar machen. Besonders anspruchsvoll ist dies in Glasfasern, die gleichzeitig große Datenmengen transportieren.

Bereits im vergangenen Jahr hatten die Forschenden im Labor eine Lösung entwickelt. Sie identifizierten einen Wellenlängenbereich innerhalb der Glasfaser, in dem deutlich weniger Störungen auftreten, und kombinierten diesen mit speziellen optischen Filtern. Nun wurde dieses Verfahren erstmals unter realen Bedingungen getestet.

Einzelne Photonen

Für das Experiment erzeugte das Team verschränkte Photonen an der Northwestern University in Evanston. Ein Photon jedes Paares verblieb dort, das zweite wurde über die vorhandene Glasfaser zum StarLight International/National Communications Exchange Facility in der Innenstadt Chicagos übertragen. Gleichzeitig transportierte dieselbe Leitung zwei Datenkanäle mit jeweils 800 Gigabit pro Sekunde sowie zusätzliche optische Leistung, wie sie auch in vollständig ausgelasteten kommerziellen Netzen vorkommt.

Nach Angaben der Forschenden entsprach die gesamte Datenlast einer theoretischen Übertragungsrate von rund 36 Terabit pro Sekunde. Damit sich die empfindlichen Quantensignale dennoch behaupten konnten, wurden sie im sogenannten O-Band übertragen, während der herkömmliche Datenverkehr im in der Telekommunikation üblichen C-Band verblieb.

Zusätzlich musste die Synchronisation zwischen beiden Standorten auf wenige Billionstel Sekunden genau erfolgen. Mithilfe des optischen Zeitsystems "White Rabbit" gelang diese Präzision, wodurch die verschränkten Photonen trotz des starken Hintergrundverkehrs zuverlässig erkannt werden konnten.

Zusammenfassung

• Forschende übertrugen verschränkte Photonen über normale Glasfasern
• Die Leitung transportierte gleichzeitig regulären Internetverkehr mit
• Trotz der Belastung blieb die Verschränkung sehr präzise erhalten
• Zukünftige Quantennetzwerke benötigen keine eigene neue Infrastruktur
• Das Quantensignal wurde zur Störungsminimierung im O-Band gesendet
• Ein optisches Zeitsystem ermöglichte eine präzise Synchronisation

Siehe auch:

• Quantenkommunikation: Rekordversuch in Deutschland erfolgreich
• Quantenkommunikation über interstellare Entfernungen wohl möglich
• Repeater für Quantenkommunikation sind gefunden