(13.02.25) Pünktlich zum Beginn des Internationalen Jahres der Quantenwissenschaft und -technologie 2025 richtet Nordrhein-Westfalen einen zentralen Knoten für das zukünftige Quanteninternet ein. Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT hat Mitte Januar ein in Delft entwickeltes System nach Aachen geholt, um es dort weiterzuentwickeln und erste regionale Verbindungen nach Jülich und Bonn aufzubauen. Dieses Projekt ist ein wichtiger Schritt zur Etablierung von NRW als führenden Standort für Quantentechnologien.
Quantencomputer und die Herausforderung der Vernetzung
Quantencomputer werden klassische Computer in absehbarer Zeit nicht ersetzen, da ihr Betrieb sehr aufwendig ist. Dennoch soll ein breiterer Zugang für Industrie und Wissenschaft geschaffen werden. Internationale Forschungsteams entwickeln daher sogenannte „Metropolitan Scale Quantum Networks“, die als Grundlage für das Quanteninternet gelten.
Die Herausforderung besteht darin, verschränkte Qubits für eine sichere Datenverschlüsselung nutzbar zu machen. Eine Langstreckenverbindung ist derzeit noch nicht möglich, da es an geeigneten Quanten-Repeatern fehlt.
© Fraunhofer ILT, Aachen / Ralf Baumgarten.
Für die gemeinsame Demontage des Knotens in Delft brauchten die Teams von TNO und Fraunhofer ILT detaillierte Systemkenntnis – und Fingerspitzengefühl. (Bild)
Durchbruch in der Quantenkommunikation
Ein bedeutender Fortschritt gelang einem Forschungsteam des QuTech in Delft. Zwei Quantencomputer in Delft und Den Haag wurden über eine 25 Kilometer lange Glasfaserleitung verbunden, wodurch eine stabile Quantenverschränkung erzeugt wurde. Diese Technologie basiert auf Diamant-Spin-Qubits, deren Zustand über einzelne emittierte Photonen transportiert wird.
Die effiziente Führung dieser Photonen in Glasfasern stellt eine große technische Herausforderung dar. Hier kommen speziell entwickelte optische Bauelemente und ein nahezu rauschfreier Quantenfrequenzkonverter des Fraunhofer ILT zum Einsatz.
© Fraunhofer ILT, Aachen / Ralf Baumgarten.
Das Herzstück des Quanteninternetknotens ist ein Zuchtdiamant mit gezielt eingebrachten Stickstoff-Fehlstellen (NV-Zentren). Er emittiert Einzelphotonen, welche die Information über den Zustand des Qubits tragen und transportieren können. (Bild)
Aachen als strategischer Standort für das Quanteninternet
Basierend auf den Erfahrungen aus Delft wurde mit Unterstützung des nordrhein-westfälischen Förderprogramms N-QUIK ein optimierter Quanteninternetknoten in Aachen installiert. Ziel ist es, diese Technologie gemeinsam mit Industriepartnern zur Marktreife zu bringen.
Das Fraunhofer ILT übernimmt die systematische Weiterentwicklung und plant, erste regionale Quanten-Netzwerke in NRW zu etablieren. Langfristig sollen Verbindungen zu Forschungszentren in Jülich und Bonn entstehen, um sichere, leistungsfähige Quantennetzwerke aufzubauen.
© Fraunhofer ILT, Aachen / Ralf Baumgarten.
Im NRW-Förderprojekt N-QUIK haben das TNO und des Fraunhofer ILT ihre enge Zusammenarbeit vertieft. Ihr optimierter Netzwerkknoten für das Quanteninternet der Zukunft wird in Aachen als Testfeld und Knotenpunkt für erste »Metropolitan Scale Quantum Networks« dienen. (Bild)
Die Bedeutung für die Zukunft: NRW als Schlüsselregion für das Quanteninternet?
NRW besitzt durch seine zentrale Lage in Europa, die starke Forschungslandschaft und die hohe Dichte an Industrieunternehmen ideale Voraussetzungen für den Aufbau eines Quanteninternets. Eine zentrale Herausforderung bleibt die Entwicklung von Repeatern, um die Quantenkommunikation über große Distanzen hinweg zu ermöglichen. Mit dem aktuellen Projekt in Aachen wurde jedoch bereits ein entscheidender Meilenstein auf dem Weg zu einem Quanteninternet gelegt.
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