Quantensprung fürs Quanteninternet: Verschränkung über 420 Kilometer

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 .