Physiker entwickeln neue Methode, um konventionelles Internet mit dem Quanteninternet zu vereinen

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Die vier Forscher im Quantenoptiklabor – von links: Jan Heine, Philip Rübeling, Michael Kues und Robert Johanning | Copyright: © Institut für Photonik | Download

Ein Team von vier Forschenden des Instituts für Photonik an der Leibniz Universität Hannover hat ein neues Sender-Empfänger-Konzept für die Übertragung von verschränkten Photonen über eine Glasfaser entwickelt. Dadurch könnte die nächste Generation der Telekommunikationstechnologie, das sogenannte Quanteninternet, ebenfalls über die bestehenden Glasfasern geleitet werden. Mit dem Quanteninternet sollen abhörsichere Verschlüsselungsmethoden eingeführt werden, die nicht von künftigen Quantencomputern entschlüsselt werden können. Hierdurch soll der Betrieb kritischer Infrastruktur gesichert werden.

„Um das Quanteninternet Realität werden zu lassen, müssen wir verschränkte Photonen über Glasfasernetzwerke übertragen“, sagt Prof. Dr. Michael Kues, Leiter des Instituts für Photonik und Vorstandsmitglied des Exzellenzclusters PhoenixD der Leibniz Universität Hannover. „Glasfasern wollen wir auch weiterhin für die konventionelle Datenübertragung nutzen. Unsere Forschung ist ein wichtiger Schritt, um das herkömmliche Internet mit dem Quanteninternet vereinen zu können.“

In ihrem Experiment konnten die Forschenden nachweisen, dass die Verschränkung der Photonen auch dann erhalten bleibt, wenn diese zusammen mit einem Laserpuls gesendet werden. „Wir können die Farbe eines Laserpulses mit einem sehr schnellen elektrischen Signal verändern, sodass sie die Farbe der verschränkten Photonen annehmen“, erklärt Philip Rübeling, der als Doktorand am Institut für Photonik zum Quanteninternet forscht. „Dieser Effekt ermöglicht es uns, Laserpulse und verschränkte Photonen in der gleichen Farbe in einer Glasfaser zu kombinieren und wieder voneinander zu trennen.“

Dieser Effekt könnte die Kombination von konventionellem Internet mit dem Quanteninternet ermöglich. Für den schnellen Datentransport per Internet wird Laserlicht verschiedener Farben über Glasfaser übertragen. Bislang konnte pro Farbe nur eine der beiden Übertragungsmethoden in einer Glasfaser umgesetzt werden. „Die verschränkten Photonen blockieren einen Datenkanal in der Glasfaser, der somit nicht mehr für die konventionelle Datenübertragung genutzt werden kann“, sagt Jan Heine, ebenfalls Doktorand in Kues‘ Gruppe.

Mit dem im Experiment erstmals demonstrierten Konzept können die Photonen nun im selben Farbkanal wie das Laserlicht gesendet werden. Dadurch könnten auch weiterhin alle Farbkanäle für die herkömmliche Datenübertragung verwendet werden. „Unser Experiment zeigt, wie die praktische Umsetzung von hybriden Netzwerken gelingen kann“, sagt Prof. Michael Kues. Die Forschungsergebnisse wurden im Journal Science Advances veröffentlicht.

Originalartikel:
Philip Rübeling, Jan Heine, Robert Johanning and Michael Kues
Quantum and coherent signal transmission on a single frequency channel via the electro-optic serrodyne technique
Science Advances (2024)
https://doi.org/10.1126/sciadv.adn8907

Hinweis für die Redaktion:
Für weitere Informationen kontaktieren Sie bitte Prof. Dr. Michael Kues
(Telefon +49 511 762 3539, E-Mail: michael.kues@iop.uni-hannover.de) und besuchen Sie www.iop.uni-hannover.de und www.phoenixd.uni-hannover.de.