Quantennetzwerke gelten als Schlüsseltechnologie für sichere Kommunikation und digitale Souveränität. Im EU-geförderten Projekt ‚Superspin‘ entwickeln Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gemeinsam mit Partnern aus Finnland, Tschechien und den Niederlanden eine Schnittstelle zwischen einem supraleitenden Quantencomputer und einem spinbasierten Quantenspeicher.

„Zurzeit arbeiten viele Quantensysteme unabhängig voneinander“, erläutert Professor David Hunger vom Physikalischen Institut des KIT. „Im Projekt Superspin entwickeln wir eine Technologie, mit der sich ein Quantencomputer und ein Quantenspeicher zuverlässig koppeln lassen. Damit schaffen wir auch die Grundlage, um in Zukunft Quantencomputer zu verknüpfen, verteiltes Quantenrechnen zu realisieren und ein Quanteninternet aufzubauen.“

Entwicklung spezieller Quanten-Transducer

Die technische Herausforderung liegt in der Verbindung zweier Systeme, die auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien beruhen. Supraleitende Qubits arbeiten im Mikrowellenbereich, während diamantbasierte Quantenspeicher Informationen in Spinzuständen speichern und mit sichtbarem Licht adressiert werden. Um beide Komponenten zu koppeln, entwickeln die Forschenden sogenannte Quanten-Transducer. Diese wandeln Quantenzustände in einzelne Photonen um, deren Wellenlänge an das Telekommunikationsband angepasst wird, sodass sie über Glasfasern übertragen werden können.

Am KIT entsteht dafür ein Quantenspeicher aus speziellen Diamantdefekten, die Licht- und Spineigenschaften kombinieren. Der Speicher wird mit einem der beiden Transducer kompatibel sein, sodass die umgewandelten Photonen effizient gespeichert und bei Bedarf wieder abgerufen werden können. „Unser Projektziel ist es, die physikalisch völlig unterschiedlichen Systeme zu verbinden und eine Verschränkung zwischen einem supraleitenden Qubit und einem spinbasierten Quantenspeicher zu erzeugen“, sagt Hunger. „Das wäre nicht nur ein technischer Durchbruch, sondern auch ein wichtiger Schritt hin zu modularen und skalierbaren Quantentechnologien.“

‚Superspin‘ als Teil des ‚Pathfinder‘-Programm

Das Projekt Superspin ist eines von 44 Vorhaben, die der Europäische Innovationsrat im Rahmen des Pathfinder-Programms mit insgesamt über 140 Millionen Euro fördert. Beteiligte Partner sind die Aalto-Universität (Finnland), die Palacký-Universität Olmütz (Tschechien) und das niederländische Start-up ‚QphoX‘.