Die Forscher erweitern die Quantenkommunikation auf acht Teilnehmer

Status: 15:40 Uhr | Lesezeit: 3 Minuten

B. B.Ritualforscher haben ein störungssicheres Quantenkommunikationsnetz für acht Teilnehmer in Bristol eingerichtet. Es ist das bislang größte Quantennetz ohne Relaisstationen, betont das Fachmagazin „Fortschritte in der WissenschaftIn dem das Team um Siddarth Joshi von der University of Bristol seine Arbeiten vorstellt. Die Wissenschaftler konnten die Architektur des Netzwerks drastisch vereinfachen und die praktische Anwendung in Reichweite bringen. „Unsere Lösung ist skalierbar, relativ billig und vor allem unantastbar“, erklärt Joshi in einer Erklärung seiner Universität.

Die fehlerfreie Quantenkommunikation basiert auf dem Phänomen der Verschränkung. Dazu werden zwei Lichtteilchen (Photonen) so verbunden, dass sie einen gemeinsamen quantenphysikalischen Zustand bilden. In diesem verschränkten Zustand können die beiden Lichtteilchen räumlich getrennt werden, ohne den gemeinsamen Zustand zu zerstören. Nur wenn eines der Lichtteilchen beispielsweise vom Sender manipuliert wird, erhält es seinen eigenen Zustand. Gleichzeitig nimmt das entfernte Lichtteilchen einen entsprechenden Zustand an, beispielsweise am Empfänger. Albert Einstein nannte diese „gruselige Fernaktion“.

Die Forscher verwenden gleichzeitig Lichtkomponenten unterschiedlicher Farben

Sobald ein Lauscher das Netzwerk belauscht, wird er sofort bemerkt, weil er den verwickelten Zustand entfernt, der dann nicht wiederhergestellt werden kann. Diese Technologie wurde mehrfach und über sehr große Entfernungen eingesetzt, unter anderem für die Kommunikation zwischen Bankenzentren in China und für Wahlen in der Schweiz. Es können jedoch nur zwei Stationen gleichzeitig verbunden werden. Mit herkömmlicher Technologie erfordert jede neue Verbindung eine eigene Installation. Dies erhöht schnell den Aufwand und die Kosten in der Praxis. Relaisstationen zur Integration mehrerer Teilnehmer sind ein Sicherheitsrisiko.

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Das Bristol-Team hat jetzt eine andere Lösung entwickelt, bei der jeder Teilnehmer nur einen Empfänger benötigt, um sich direkt mit mehreren anderen Teilnehmern zu verbinden. Die Forscher verwenden gleichzeitig Lichtpartikel unterschiedlicher Farben. Mit diesem sogenannten Multiplexing konnten sie sieben verschränkte Photonenpaare gleichzeitig erzeugen und je nach Farbe des Senders auf sieben Empfänger verteilen. Für einen Feldtest nutzten die Wissenschaftler das bestehende Glasfasernetz rund um die University of Bristol und in den Nachbarbezirken. Sie konnten zeigen, dass die Technologie unter praktischen Bedingungen über eine Entfernung von bis zu 17 Kilometern funktioniert – ausreichend für ein abhörendes Stadtnetz.

Zunächst erweiterbar auf 32 Benutzer, später auf Millionen

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Simulationen zeigen, dass diese Netzwerkarchitektur problemlos auf 32 Benutzer erweitert werden kann. Die Forscher sind überzeugt, dass mit der Weiterentwicklung und Optimierung die Technologie in nicht allzu ferner Zukunft auch für Millionen von Anwendern in der Praxis angewendet werden kann. Das Verfahren ist nicht nur praktischer, sondern auch billiger: Die Installation in Bristol dauerte nach den Informationen nur wenige Monate und kostete weniger als 340.000 Euro. Im Gegensatz dazu hätten frühere Quantennetzwerke Jahre gedauert und Millionen gekostet, erklärt die Universität Bristol. Die finanziellen Vorteile werden mit zunehmender Benutzerzahl schnell deutlich: Während ein herkömmliches Quantennetzwerk für 100 Benutzer voraussichtlich etwa 5 Milliarden US-Dollar kostet, kostet die Multiplextechnologie nach Schätzungen von Joschi nur etwa 5 Millionen US-Dollar.

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„Bis jetzt hat die Installation eines Quantennetzwerks enorme Kosten, Ressourcen und Zeit gekostet und gefährdet häufig Ihre eigene Sicherheit und untergräbt ihren wahren Zweck“, erklärt der Forscher. Die Multiplex-Technologie könnte dies ändern. „Dies stellt einen großen Durchbruch dar und macht das Quanten-Internet zu einem viel realistischeren Angebot.“