Neuer Baustein für das Quanteninternet

Die Entwicklung von Quantentechnologien schreitet voran, besonders Quantencomputer versprechen Durchbrüche in Medizin, Materialwissenschaften und Kryptographie. Doch ihr volles Potenzial entfalten sie erst, wenn sie vernetzt werden. „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.“

Für die Verbindung der Systeme werden Qubits in Photonen, sogenannte „fliegende Qubits“, umgewandelt, die sich nahezu verlustfrei über Glasfaserkabel bewegen. Mit Hilfe der Quantenverschränkung lassen sich Quantenzustände zuverlässig von einem System zum anderen übertragen.

Technisch anspruchsvoll ist vor allem die Kopplung unterschiedlicher Systeme: Supraleitende Qubits arbeiten im Mikrowellenbereich, diamantbasierte Quantenspeicher nutzen Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich. Spezielle Quanten-Transducer wandeln die Zustände um und passen die Photonen für den Transport über Glasfaserleitungen an. Am KIT wird ein Quantenspeicher aus Diamantdefekten entwickelt, der Licht- und Spineigenschaften kombiniert und die Photonen speichern kann. „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 Projekt Superspin gehört zum Pathfinder-Programm des Europäischen Innovationsrats (EIC) und ist eines von 44 Projekten, die insgesamt über 140 Millionen Euro erhalten. Partner sind die Aalto Universität in Finnland, die Palacký Universität Olmütz in Tschechien und das niederländische Start-up QphoX.