Im Oktober 2023 war chinesischen Forscher:innen ein großer Durchbruch bei der Quanten-Teleportation gelungen. Sie hatten über ein städtisches Kommunikationsnetzwerk für Quanten-Teleportation eine Teleportationsrate von 7,1 Quantenbits erreicht.

Als unmöglich galt Wissenschaftler:innen bisher aber, dass eine Quanten-Teleportation über ein herkömmliches Glasfaserkabel möglich sein kann, in dem zeitgleich Lichtpartikel für den normalen Internetverkehr transportiert werden. Schließlich, so die vorherrschende Meinung, dürften die Lichtsignale die empfindlichen Photonen erheblich stören.

Doch einem Forschungsteam um Prem Kumar von der Northwestern University ist genau das jetzt gelungen – die erste Quanten-Teleportation über normales und aktives Glasfaserkabel. Damit könnten Quanten- und traditionelle Netzwerke künftig dieselbe Infrastruktur nutzen, wie die Forscher:innen mitteilten.

Die Arbeit eröffne die Möglichkeit, die Quanten-Kommunikation auf ein neues Level zu bringen, erklärte Kumar. Statt der in der optischen Kommunikation bisher üblichen Verwendung von Millionen von Lichtteilchen, wären dabei nur noch einzelne Protonen nötig.

Bei der Quanten-Teleportation werden dank Quanten-Verschränkung – beinahe in Echtzeit – die Eigenschaften eines Partikels, beispielsweise eines Photons oder Elektrons, auf ein anderes, weit entferntes Quanten-Partikel übertragen. Dabei werden ausschließlich Informationen ausgetauscht, keine Materie.

Künftig könnte Quanten-Teleportation eine neue, ultraschnelle und sichere Möglichkeit des Informationsaustausches zwischen weit entfernten Nutzer:innen des Netzwerks darstellen. Eine direkte physische Übertragung wäre dabei nicht erforderlich.

Kumar zufolge lässt sich die Situation der Photonen bei der Quanten-Teleportation in einem Internet-Glasfaserkabel mit jener eines wackeligen Fahrrads vergleichen, das durch einen Tunnel voller Lkw steuere. Das Forschungsteam hat aber einen Weg gefunden, den empfindlichen Photonen einen Weg durch das Chaos zu bahnen.

Die Forscher:innen fanden eine Lichtwellenlänge, die weniger überfüllt war – um im Bilde zu bleiben. Durch Hinzufügen spezieller Filter konnte das Rauschen des normalen Internetverkehrs zudem noch reduziert werden.

Um das Ganze zu testen, bauten Kumar und sein Team ein 30 Kilometer langes Glasfaserkabel mit einem Photon an jedem seiner Enden auf. Dann schickten sie ihnen gleichzeitig Quanten-Informationen und Highspeed-Internetverkehr hindurch. Das Ergebnis: Trotz starken Internetverkehrs wurden die Quanten-Informationen erfolgreich übertragen.

Künftig wollen Kumar und sein Team die Experimente auf größere Entfernungen ausdehnen. Außerdem sollen zwei Paare verschränkter Photonen statt nur einem verwendet werden. Das wäre ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu verteilten Quanten-Anwendungen.

Die wichtigste Erkenntnis der Forschungsarbeit sei derweil, dass klassische und Quanten-Kommunikation koexistieren könnten, wie Kumar erklärt. Man benötige keine spezielle Infrastruktur. Die Ergebnisse ihrer Experimente haben die Forscher:innen im Fachjournal Optica veröffentlicht.