Auf dem Forum „Quantum Technology & Photonics“ des AKL’24 waren die ersten Erfolge dieser Investitionen zu sehen. Vor allem in den Bereichen Quantencomputing und Quantennetzwerke geht es mit großen Schritten voran. Höhepunkte setzten zwei Vorträge über Quantennetzwerke: Je ein Team aus Delft (NL) und New York (USA) präsentierten „echte“ Quantennetzwerke - also Netzwerke, in denen nicht nur Codes ausgetauscht werden, sondern auch eine Verschränkung hergestellt wird.
Durch diese Verschränkung, die Einstein einst „spukhaft“ nannte, bleiben die Eigenschaften der Photonenpaare trotz räumlicher Trennung so eng korreliert, dass die Messung eines Photons ausreicht, um den Zustand des zweiten zu kennen. Durch diesen Effekt ist ein Mithören Dritter bei verschränkten Quantenpaaren physikalisch ausgeschlossen.
Erste Quantenverbindung zwischen drei Städten
Doch solche Netze sind extrem schwierig zu etablieren, weil sich Lichtsignale nicht so leicht wie elektrische Signale speichern lassen. Wenn aber die Signale von zwei Partnern bei einem dritten Knoten überlagert werden sollen, dann muss ein Signal bis zum Eintreffen des anderen warten. Die Gruppe von Ronald Hanson vom QuTech in Delft hat dafür nun eine Lösung entwickelt: Ein Speichersystem für Einzelphotonen mit Stickstoff-dotierten Diamantkristallen.
Mit diesen Speichern ist es ihnen gelungen, eine Quantenverbindung zwischen drei Städten herzustellen, bei der auch die Verschränkung übertragen wurde. Im Labor war das schon vorher möglich, aber eine solche Verbindung zwischen mehreren Städten wurde weltweit zum ersten Mal gezeigt. Mehdi Namazi (Chief Science Officer, Qunnect, New York) präsentierte ein ähnliches Experiment in New York, wobei die dortige Gruppe Quantenspeicher mit Rubidium-Atomen nutzten.
Ein entscheidendes Teilsystem für die Experimente in Delft kam dabei aus Aachen: Die Quantenspeicher nutzen Photonen einer Wellenlänge, die sich nicht gut in Telekom-Fasern übertragen lassen. Deshalb müssen die Einzelphotonen zwischen Transport und Speicherung jeweils umgewandelt werden.
Ein Team am Fraunhofer ILT hat dafür einen Quantum Frequency Converter entwickelt, wie Fabian Geus berichtete. Mit über 40 Prozent ist dessen Effizienz besonders hoch. Über die Nutzung von periodisch gepoltem Lithiumniobat konnte der Signal-zu-Rauschabstand im System noch einmal um den Faktor 100 gesteigert werden.
Es gibt noch große Herausforderungen
Neben all den Erfolgen ließ Marc Geitz von den T-Labs der Deutschen Telekom eher nachdenkliche Töne vernehmen. Mit seinem Team in Berlin untersucht er, wie sich Quantencomputer und Quantennetzwerke für industrielle Anwendungen nutzen lassen. Dafür hat er verschiedene Ansätze und verschiedene Computer getestet. Sein Fazit: „We are not there“.
Bislang ist der Quantenvorteil überschaubar, er wünscht sich bessere Quanten-Hardware, mehr Qubits werden gebraucht, mehr Konnektivität. Dr. Stefan Hengesbach, CEO von QuiX Quantum, arbeitet genau daran. In seiner Firma werden optische Quantencomputer entwickelt. Er denkt, dass 100 000 bis zu einer Million physische Qubits gebraucht werden, um genügend logische Qubits anbieten zu können. „Das wird ein paar Jahre dauern“, sagte der ehemalige ILT-Mitarbeiter.
Aktuell bietet QuiX ein System mit 12 Qubits an, wobei sie intern an einem 20 Qubits-Prozessor arbeiten. Die nötigen Bauteile lassen sich weitgehend auf einem Halbleiterchip unterbringen, eine weitere Skalierung ist absehbar. Der Engpass für ihn sind nach wie vor die Einzelphotonenquellen. Er hofft, beim AKL‘26 eine gute Lösung dafür präsentieren zu können.
