Einleitung
Quantenkommunikation nutzt die Gesetze der Quantenmechanik, um Informationen in Form von Qubits zu übertragen. Der größte Vorteil: Jeder Abhörversuch hinterlässt Spuren, weil Messungen den Zustand eines Qubits irreversibel verändern. Damit sind übertragene Schlüssel oder Daten prinzipiell abfangsicher.
Quanten-Schlüsselverteilung (QKD)
Die bekannteste Anwendung ist die Quanten-Schlüsselverteilung. Im BB84-Protokoll tauschen Sender und Empfänger Photonen mit zufällig gewählten Polarisationsbasen aus. Durch nachträglichen Abgleich werden nur jene Bits verwendet, bei denen beide die gleiche Basis wählten. Abhörer können nicht unbemerkt messen, denn jede Messung zerstört den Quantenstatus. Erste kommerzielle QKD-Netze existieren in der Schweiz, China und Japan.
Das Quanteninternet
Während QKD einzelne Verbindungen sichert, strebt das Quanteninternet danach, entfernte Quantenprozessoren über große Distanzen zu vernetzen. Kernidee ist das Verschicken von verschränkten Qubit-Paaren, mit denen sich Quanteninformationen mittels Teleportation übertragen lassen. Da Photonen im Glasfaserkanal dämpfen, braucht es Quantenrepeater: Knoten, die verschränkte Zustände zwischenspeichern und neu verschränken können.
Aktuelle Projekte und Roadmaps
China betreibt mit dem Satelliten „Micius“ eine interkontinentale QKD- Verbindung und ein 2.000 Kilometer langes faseroptisches Netzwerk. In Europa entsteht im Rahmen der „EuroQCI“ ein quantensicheres Netz zwischen den Mitgliedsstaaten. In den USA arbeitet das Department of Energy an einem 113 Kilometer langen Testnetz um Chicago. Forschende an der TU Delft und andere planen Quantenrepeater mit Stickstoff-Vakanz-Zentren oder Ionenfallen, um Entanglement über hunderte Kilometer zu verteilen.
Herausforderungen und Ausblick
Trotz spektakulärer Erfolge steht die Entwicklung erst am Anfang. Verluste in Glasfasern begrenzen derzeit die Reichweite, verschränkte Zustände sind extrem empfindlich und Repeater-Technologien noch im Laborstadium. Zudem fehlen Standards für die Interoperabilität verschiedener Hardware-Plattformen. Dennoch dürfte ein Quanteninternet ab den 2030er Jahren realisiert werden und nicht nur abhörsichere Kommunikation, sondern auch verteilte Quantenberechnungen und Sensorik ermöglichen.
Die Zukunft der sicheren Datenübertragung ist quantenmechanisch: Wenn wir heute die Grundlagen schaffen, werden morgen globale Netze entstehen, die unsere Informationen mit fundamentaler Sicherheit schützen und neue Anwendungen eröffnen.