Quantenrepeater könnten eine Schlüsselrolle beim Aufbau künftiger Quantennetzwerke spielen. Denn Quanteninformation lässt sich nicht wie ein klassisches Telekommunikationssignal einfach kopieren oder verstärken. Mit zunehmender Entfernung steigen daher die Verluste. Quantenrepeater sollen diese Grenze überwinden, indem sie sogenannte Verschränkung schrittweise über größere Distanzen verteilen.
Eine neue Roadmap des Fraunhofer ISI und der Universität des Saarlandes zeigt, wie weit die Entwicklung ist und welche Schritte noch erforderlich sind. Dafür wurden wissenschaftliche Studien ausgewertet sowie Fachleute aus Wissenschaft und Industrie befragt. Untersucht wurden verschiedene technische Ansätze, etwa mit Atomen, Ionen, Quantenpunkten oder Farbzentren in Diamant. Bislang hat sich noch keine dieser Plattformen eindeutig durchgesetzt. Sie unterscheiden sich unter anderem bei Speicherzeit, Effizienz und technischer Skalierbarkeit.
Noch vor 2035 könnten erstmals Quantenrepeater demonstriert werden, die Informationen mit geringeren Verlusten übertragen als eine direkte Verbindung. Bis zu einem breiten praktischen Einsatz bleibt jedoch viel zu tun: Benötigt werden unter anderem leistungsfähigere Quantenspeicher, höhere Übertragungsraten sowie Lösungen für die Einbindung in bestehende Telekommunikationsnetze.
Als erste Anwendung könnten Quantenrepeater die Reichweite der Quantenschlüsselverteilung vergrößern. Langfristig könnten sie auch entfernte Quantencomputer verbinden oder hochpräzise Sensornetzwerke ermöglichen. Damit wären sie ein wichtiger Baustein auf dem Weg zu einem möglichen „Quanteninternet“.
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Bild: © Fraunhofer ISI