Erstmals weltweit geglückt: Forschende aus Hannover schicken Quantenpaket durchs kommunale Glasfasernetz

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Prof. Dr. Michael Kues, Robert Johanning und Philip Rübeling (von links nach rechts) schickten ein Quantenpaket 29 Kilometer durch den Untergrund von Hannover. | Copyright: Robert Hanning | Download

Einen Quantensprung auf dem Weg zur Telekommunikation der Zukunft gab es jetzt im Untergrund der hannoverschen Nordstadt. Die Forschungsgruppe um Quantenphysiker Prof. Dr. Michael Kues von der Leibniz Universität Hannover (LUH) konnte erstmals ein Stück Quantenkommunikation aus dem Labor in die reale Umgebung übertragen: Die Forschenden schickten einige spezielle Quantencluster durch die Glasfaserkabel und konnten so beweisen: Kommunikation über Quantennetzwerke außerhalb des Labors ist möglich.

Neben Photonen, den Energieträgern des Lichts, die täglich mit bis zu 200 000 Kilometern pro Sekunde Daten für Emails oder Webseiten in den Gasfasernetzen transportieren, waren jüngst in Hannovers Untergrund auch andere Datenträger unterwegs. Denn Photonen sind nicht immer gleich Photonen. Sie sind Quanten und als solche warten sie mit gleich einer ganzen Palette ungewöhnlicher Verhaltensweisen auf. Eine davon ist, dass Photonen, die eine Art Reisegruppe bilden, sehr große Mengen Information speichern und übertragen können. Wie sie das anstellen, ist noch nicht geklärt. Doch die Quantenphysikerinnen und -physiker um Michael Kues, die unter dem Dach des Exzellenzclusters PhoenixD der LUH zusammenarbeiten, nutzen diese Eigenschaft und generieren daraus die Datenträger der Zukunft.

Erstmals ist es dem Forschungsteam nun gelungen, die winzigen photonischen Ensemble aus dem Labor zu entlassen zu einem Ausflug in die Wirklichkeit. Die Quantenpäckchen sausten 29 Kilometer durch den Untergrund von Hannover. Unbeschadet und ohne Verlust der anvertrauten Daten kamen sie zurück ins Labor und konnten hier ausgelesen werden.

Die winzigen Photonenpakete, wie sie die Physikerinnen und Physiker auf die Reise durch Hannovers Untergrund schickten, haben die Eigenschaft, dass sie durch die Art, wie die Lichtteilchen zueinander angeordnet sind, die Informationen speichern. Forschende sprechen von einer sogenannten Quantenverschränkung. Sie zählt zu den faszinierendsten Phänomenen moderner Naturwissenschaft und gilt als die wichtigste Schlüsselressource der Quantentechnologie. Was Albert Einstein einst skeptisch betrachtete, soll künftig Quantencomputer über Netzwerke miteinander verbinden und das per Glasfaserkabel, wie sie schon jetzt in der Erde vergraben sind.

Für Quantenphysiker Michael Kues und seine Forschungsgruppe am Exzellenzcluster PhoenixD der LUH gehört die praktische Nutzung der Quantenverschränkung außerhalb des Labors, insbesondere mit einzelnen Lichtteilchen, zum Kern der Arbeit. Kues erklärt: „Bisher wurden diese Clusterzustände ausschließlich unter streng kontrollierten Laborbedingungen untersucht. Für Anwendungen in künftigen Quantennetzwerken reicht das nicht – diese komplexen Zustände müssen zuverlässig über reale Glasfaserverbindungen übertragbar sein.“

Genau dies ist dem Team um Michael Kues nun erstmals gelungen: Die Physikerinnen und Physiker konnten einen Clusterzustand nicht nur über das kommunale Glasfasernetz von Hannover übertragen, sondern auch pro Lichtteilchen ein Vielfaches an Information mehr übertragen als bisher möglich. „Durch unsere Ergebnisse lässt sich diese spezielle Form der Quantenverschränkung nun einsetzen, um Informationen auch über große Entfernungen weiterzugeben“, erläutert Robert Johanning, Doktorand am Institut für Photonik und Mitautor der Studie.

Nach der Reise durch den Untergrund der hannoverschen Nordstadt konnten die Forschenden die Photonencluster gezielt auslesen. Hierfür entwickelte das Team eine elektro-optische Methode, mit der sich die Quanteninformationen effizient auswerten lassen. „Mit dieser Technik können wir sehr komplexe Informationspakete kontrolliert analysieren“, sagt Philip Rübeling, ebenfalls Doktorand in Kues' Gruppe und Mitautor der Studie.

Das Forschungsteam will dieses Ergebnis nun für künftige Anwendungen im Bereich der sicheren Quantenkommunikation und beim vernetzten Quantenrechnen weiterentwickeln. Kues betont: „Unser Ziel ist es, solche komplexen Quantenzustände künftig nicht nur zu übertragen, sondern gezielt als Ressource für Netzwerke von Quantencomputern und für besonders sichere Quantenkommunikation einzusetzen.“

Gedauert hat der zukunftsweisende Quantenausflug ins hannoversche Glasfasernetz übrigens nicht mal einen Wimpernschlag. Während wir einmal blinzeln kann es eine Quantenverschränkung theoretisch gut einmal um den Globus schaffen. Vielleicht also zieht der Datenträger aus Hannover schon bald größere Runden als nur einmal durch den Untergrund der Nordstadt.

Originalartikel:
Rübeling, P., Johanning, R., Heine, J. et al. Transmission of multi-level time-bin encoded cluster states over 29 km of partially deployed optical fiber.
Light Sci Appl 15, 384 (2026).
https://doi.org/10.1038/s41377-026-02465-5

Weitere Informationen:
www.iop.uni-hannover.de
www.phoenixd.uni-hannover.de

Hinweis an die Redaktion:
Für weitere Informationen steht Ihnen Prof. Dr. Michael Kues, Exzellenzcluster PhoenixD an der Leibniz Universität Hannover, unter Telefon +49 511 762 3539 oder per E-Mail michael.kues@iop.uni-hannover.de gern zur Verfügung.