Startseite > Halbleiter > Quantennetzwerk für eine sichere Kommunikation

20-km-Teststrecke am KIT

Quantennetzwerk für eine sichere Kommunikation

24. Januar 2025, 6:57 Uhr | Heinz Arnold

Die Glasfaser-Teststrecke stellt eine wichtige Plattform für die Quantenforschung dar und verbindet Campus Süd und Campus Nord am KIT.

Über die am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) neu eröffnete Glasfaser-Teststrecke wollen die Forscher die Quantenschlüssel übertragen, testen und weiterentwickeln sowie Quantencomputer vernetzen.

▶ Diesen Artikel anhören

Auf der neuen Glasfaser-Teststrecke nutzen die Forschenden modernste Technologien wie hochkohärente Laser, um die Quantenschlüssel zu erzeugen und zu übertragen. Das ermöglicht den Aufbau Netzwerken, die auf den Gesetzen der Quantenmechanik beruhen und inhärent abhörsicher sind. Außerdem könnten Quantencomputer schon bald in der Lage sein, die konventionell verschlüsselten Nachrichten (meist auf Basis von RSA) zu brechen, wie viele Experten fürchten.

Eine abhörsichere Kommunikation etablieren zu können, wäre für eine vernetzte Gesellschaft also von zentraler Bedeutung. Entsprechende Grundlagen liefert die Quantenphysik: Sie ermöglicht praxistaugliche Technologien wie die Quantenschlüsselverteilung.

Teststrecke ist Teil von »Chem4Quant«

Außerdem ist das Testnetz eine zentrale Infrastruktur der Exzellenzcluster-Initiative »Chem4Quant« in der Forscher des KIT, der Universität Ulm und der Universität Stuttgart gezielt Materialstrukturen für künftige Quantentechnologien aufbauen und sich auf ein neues Teilgebiet der Quantentechnologien, die molekularen Quantensysteme, fokussieren. Zudem ist das Projekt eine wichtige Komponente für die Forschung zu Quanten-Repeatern innerhalb des Verbundprojekts »Quantenrepeater.Net (QR.N)« vom Bundesministerium für Bildung und Forschung sowie ein Beitrag für den Innovationscampus QuantumBW.

Über eine Länge von 20 km verbindet die neu eröffnete quantenoptische Übertragungsstrecke speziell ausgestattete Labore mit aufwendigen Lasern und Kryostaten am Campus Süd und Campus Nord des KIT. Der lichtleitende Kern der Glasfaserleitung hat einen Durchmesser von nur etwa 9 Mikrometern. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar etwa 60 µm dick.

Quantenkommunikation ist von strategischer Bedeutung

»Das Thema Quantenkommunikation ist von großer strategischer Bedeutung für das KIT. Umso mehr freut es mich, dass das KIT mit der errichteten Teststrecke den Forschenden eine wichtige Infrastruktur zur Verfügung stellt, um die Möglichkeiten der Quantenphysik zu erforschen«, sagt Professor Oliver Kraft, Vizepräsident Forschung des KIT. »Wir leisten hiermit einen entscheidenden Beitrag, um die Forschung und Entwicklung im Bereich der Quantennetzwerktechnologien voranzutreiben und hin zu Anwendungen zu bringen.«

»Mit neuen Methoden wollen wir so die Quantenkryptographie effizienter und praktikabler machen. Hier arbeiten wir zum Beispiel mit KEEQuant zusammen, einem Startup-Unternehmen auf dem Gebiet der quantensicheren Kommunikation«, “, sagt Projektleiter Professor David Hunger vom Physikalischen Institut des KIT. »Mithilfe spezieller Materialien möchten wir hochreines Quantenlicht – also einzelne Lichtteilchen – erzeugen und damit Übertragungsraten erhöhen.«

Ziel: Ein Quanteninternet verbindet Quantencomputer

Zusätzlich bauen die Forschenden in mehreren Schritten ein Quantennetzwerk auf, um das künftige Quanteninternet zu erforschen. Dabei fokussieren sie sich auf zwei wesentliche Schritte: Zum einen die Speicherung von Quanteninformation in speziellen Quantenspeichern und zum anderen die quantenmechanische Verschränkung der Speicher. Dies ermöglicht es, Quanten-Repeater zu realisieren, die Quanteninformation über große Distanzen übertragen können. Da die Verschränkung ein Grundelement von Quantencomputern ist, können diese durch die optische Übertragung der Verschränkung in einem Quanteninternet miteinander verbunden werden.