Quantensprung fürs Quanteninternet: Verschränkung über 420 Kilometer

Einem Team der Universität für Wissenschaft und Technologie Chinas (USTC) unter der Leitung von Pan Jianwei, Bao Xiaohui und Zhang Qiang ist ein bahnbrechender Erfolg gelungen: Sie haben zwei Quantenspeicher aus kalten Rubidium-Atomen über 420 km Glasfaser miteinander verschränkt – eine Verachtfachung des bisherigen Rekords von 50 km aus dem Jahr 2020. Die Ergebnisse wurden im Juli 2026 als Editors‘ Suggestion in Physical Review Letters veröffentlicht und sind auch auf dem Preprint-Server arXiv (2504.05660) verfügbar .

Wie das Experiment funktioniert

• Zwei Rubinium-Quantenspeicher, liebevoll Alice und Bob genannt, waren durch eine aufgewickelte Glasfaserspule verbunden .
• Ein zentraler Detektorknoten, Charlie, führte Bell-Zustandsmessungen an den Photonen beider Speicher durch, um die erfolgreiche Verschränkung zu bestätigen .
• Das Team nutzte das DLCZ-Protokoll (Duan-Lukin-Cirac-Zoller), das Verschränkung probabilistisch durch den Nachweis eines einzelnen emittierten Photons erzeugt .

Drei technische Durchbrüche, die das möglich machten

1. Wellenlängenkonversion – Die von den Rubidium-Speichern emittierten Photonen wurden per Quantenfrequenzkonversion in das Telekommunikations-S-Band (um 1,5 μm) umgewandelt, was die Übertragung über Glasfaser mit einem Verlust von nur rund 0,17 dB/km ermöglicht .
2. Aktives Faserstabilisierungssystem – Ein Echtzeit-Rückkopplungssystem kompensierte Phasenschwankungen in den langen Faserverbindungen und bewahrte die Interferenzsichtbarkeit über die gesamte 420 km lange Strecke .
3. Einzelphotonen-DLCZ-Protokoll – Statt der Koinzidenz zweier Photonen genügte der Nachweis eines einzelnen Photons von jedem Speicherknoten, was die Verschränkungsrate über große Distanzen drastisch verbesserte .

Die PLOB-Grenze durchbrochen

• Die PLOB-Grenze (Pirandola–Laurenza–Ottaviani–Banchi) ist die fundamentale Grenze für die Verteilungsrate von Verschränkung durch einen verlustbehafteten Kanal ohne Quantenverstärker .
• Das Team zeigte, dass die gemessene Verschränkungswahrscheinlichkeit die PLOB-Grenze für Entfernungen ab etwa 230–320 km direkter Faserübertragung übertrifft . Das bedeutet: Ein speichergestütztes Quantennetzwerk kann jenseits dieser Distanz höhere Verschränkungsraten erzielen als jede direkte Faserverbindung – ein klarer Beleg für den Vorteil von Quantenspeichern als Verstärkerknoten .

Bedeutung für das zukünftige Quanteninternet

• Dies ist die erste experimentelle Demonstration, dass ein speicherbasiertes Quantennetzwerk die fundamentale verstärkerlose Grenze überwinden kann – und bestätigt damit eine Kernannahme von Quantenverstärker-Architekturen .
• Es überbrückt die Lücke vom Metropolitan-Maßstab (zig Kilometer) zum Städteverbindungs-Maßstab (hunderte Kilometer) und zeigt, dass gespeicherte Quanteninformationen über Distanzen hinweg zuverlässig verschränkt werden können, die Städte verbinden .
• Die Arbeit legt ein praktisches Fundament für den Bau skalierbarer, speicherbasierter Quantenverstärker, die eines Tages das Rückgrat eines globalen Quanteninternets bilden könnten – mit Anwendungen in der abhörsicheren Quantenschlüsselverteilung, dem verteilten Quantenrechnen und der sicheren Quantenkommunikation .