Ingenieuren der Northwestern University ist die erste Demonstration der Quantenteleportation über Glasfaserkabel zur Übertragung herkömmlicher Internetdaten gelungen. Dieser von Professor Prem Kumar geleitete Durchbruch kombiniert Quanten- und klassische Kommunikation nahtlos unter Nutzung der vorhandenen Infrastruktur.
Ingenieure aus dem Nordwesten demonstrieren Quantenteleportation über Glasfaser
Die Studie, veröffentlicht im Tagebuch Optikzeigt, dass Quantenteleportation ohne die Notwendigkeit spezieller Einrichtungen für die Quantenkommunikation erfolgen kann. Kumar erklärte, dass die Arbeit zeigt, wie Quantennetzwerke und klassische Netzwerke dasselbe Glasfaser-Framework nutzen können. „Es öffnet die Tür, um die Quantenkommunikation auf die nächste Ebene zu heben“, sagte er.
Die Quantenteleportation basiert auf der Quantenverschränkung, einem Phänomen, bei dem zwei Teilchen miteinander verbunden werden und so eine Informationsübertragung ohne physische Übertragung ermöglichen. Diese Methode ermöglicht eine hochsichere Kommunikation, da keine Daten die Distanz zwischen Sender und Empfänger zurücklegen müssen. Stattdessen nutzt es verschränkte Partikel, um Informationen über ihren gemeinsamen Zustand weiterzuleiten, unabhängig von der Entfernung.
Um dieses Kunststück zu verwirklichen, überwanden Kumar und sein Team die Herausforderungen, die mit dem Auswaschen der verschlungenen Partikel durch anderen Internetverkehr verbunden waren. Sie identifizierten eine weniger überlastete Wellenlänge von 1290 Nanometern, die sich vom stark frequentierten C-Band bei 1547 Nanometern unterscheidet. Durch die fachmännische Untersuchung der Lichtstreuung in Glasfaserkabeln optimierten die Forscher die Bedingungen, um Störungen durch überlappende Signale zu minimieren.
Durch einen Aufbau mit einem 30,2 Kilometer langen Glasfaserkabel übertrug das Team gleichzeitig Quanteninformationen und 400-Gbit/s-Internetverkehr. Sie führten auf halbem Weg Quantenmessungen durch und bestätigten, dass der Quantenzustand erfolgreich teleportiert wurde, was die Dauerhaftigkeit der Verschränkung bei hohem Verkehrsaufkommen bewies.
„Diese Fähigkeit, Informationen ohne direkte Übertragung zu senden, öffnet die Tür für noch fortschrittlichere Quantenanwendungen, die ohne dedizierte Glasfaser durchgeführt werden können“, sagte Jordan Thomas, ein Ph.D. Kandidat und Hauptautor der Studie. Während dieses Experiment in erster Linie als Konzeptnachweis diente, könnten zukünftige Innovationen zu praktischen Anwendungen der Quantenkommunikation führen.
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Zu den nächsten Schritten des Teams gehört die Erweiterung des experimentellen Bereichs und der Einsatz mehrerer Paare verschränkter Photonen – ein Ansatz, der als Verschränkungsaustausch bezeichnet wird. Diese Technik kann die Fähigkeiten von Quantennetzwerken verbessern und gleichzeitig die Vorteile bestehender Infrastrukturen beibehalten. Ihre Ambitionen erstrecken sich auf Tests mit bodennahen optischen Kabeln und unterstreichen die Machbarkeit dieser Quantentechnologien in realen Szenarien.
Ein bemerkenswerter Aspekt dieses Fortschritts ist die mögliche Reflexion über Sicherheitsmaßnahmen in der Kommunikation, die eine Methode zur Übertragung von Daten bietet, die nicht abhörbar ist. Kumar betont Eine entscheidende Überlegung: „Wenn wir die Wellenlängen richtig wählen, müssen wir keine neue Infrastruktur aufbauen.“ Klassische Kommunikation und Quantenkommunikation können nebeneinander existieren.“
Diese Errungenschaft ist zwar bedeutend, erfordert jedoch noch weitere Forschung und Verfeinerung, bevor sie in praktische Anwendungen umgesetzt werden kann. Da sich die Quantentechnologien ständig weiterentwickeln, könnten die Auswirkungen dieser Arbeit die Landschaft der sicheren Kommunikation neu definieren. Die Studie hat ein erhebliches Schlaglicht auf die dauerhafte Machbarkeit der Verschmelzung von Quanten- und klassischer Kommunikation innerhalb der bereits bestehenden etablierten Rahmenbedingungen geworfen.
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