Forscher der Northwestern University haben einen bedeutenden Meilenstein in der Quantenkommunikation erreicht, indem sie erfolgreich einzelne Lichtpartikel, die Quanteninformationen tragen, vor der Überwältigung durch traditionellen Internetverkehr geschützt haben. Diese bahnbrechende Arbeit stellt die weit verbreitete Annahme in Frage, dass Quantenkommunikation eine separate Infrastruktur erfordert.
Traditionell dachten Experten, dass die fragile Natur quantenmechanischer Signale sie anfällig für Störungen durch den schweren Verkehr konventioneller Internetdaten machen würde. Der Hauptforscher Prem Kumar erklärte: „Das ist unglaublich aufregend, denn niemand dachte, dass es möglich wäre.“ Die Forschung zeigt, dass Quanten- und klassische Signale auf denselben Glasfaserkabeln koexistieren können, was den Weg für den Fortschritt quantenmechanischer Netzwerke ebnet.
Das Team identifizierte weniger überlastete „Bahnen“ von Lichtwellen und setzte spezialisierte Filter ein, um die quantenmechanischen Signale vor Lärm zu schützen. Kumar erläuterte: „Wir fanden heraus, dass wir Quantenkommunikation ohne Störungen durch die gleichzeitig vorhandenen klassischen Kanäle durchführen konnten.“ Dieser innovative Ansatz ermöglichte es ihnen, Quanten-Teleportation über eine Distanz von 30,2 Kilometern (19 Meilen) durchzuführen, während gleichzeitig konventionelle Internetdaten mit 400 Gigabit pro Sekunde übertragen wurden.
Das Experiment umfasste drei Teilnehmer: Alice (den Sender), Bob (den Empfänger) und Charlie (den Vermittler). Alice bereitete die quantenmechanischen Zustände zur Übertragung vor, während Bob Paare von verschränkten Photonen erzeugte. Durch einen speziellen Messprozess wurden die Informationen effektiv von Alice zu Bob „teleportiert“, was eine qualitativ hochwertige Quanten-Teleportation selbst bei klassischen Signalen ermöglichte, die 150 Mal stärker waren als erforderlich für fehlerfreie Kommunikation.
Veröffentlicht in der Zeitschrift Optica, bietet diese Forschung vielversprechende Ansätze für quantenverbesserte Anwendungen in der Kryptographie, Sensortechnologien und vernetzten Quantencomputern. Die potenzielle Integration quantenmechanischer Netzwerke mit bestehender Internetinfrastruktur könnte die Praktikabilität und Skalierbarkeit dieser Anwendungen erheblich verbessern. Zukünftige Pläne umfassen die Ausweitung der Experimente über längere Distanzen und die Erprobung der Methoden in realen unterirdischen Glasfaserkabeln, ein entscheidender Schritt zur Realisierung quantenmechanischer Kommunikation für globale Netzwerke.