Im Internetzeitalter steht die digitale Informationssicherheit vor zahlreichen Herausforderungen. Hackerangriffe werden immer ausgefeilter, und traditionelle Verschlüsselungsmethoden stoßen an ihre Grenzen. Vor diesem Hintergrund bietet die Quantenkryptographie, die sich die Eigenschaften der Quantenphysik zunutze macht, einen neuen Ansatz für die Kommunikationssicherheit. Der Weg zum Quanteninternet ist jedoch mit technischen Hürden behaftet, wobei Quantenrepeater als Schlüsselkomponente extrem schwierig zu entwickeln sind. Forschern des Instituts für Halbleiteroptik und Funktionale Schnittstellen (IHFG) der Universität Stuttgart ist nun ein entscheidender Durchbruch auf diesem Gebiet gelungen. Ihre Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift *Nature Communications* veröffentlicht.

Professor Peter Michler, Leiter des IHFG, erklärte: „Weltweit ist es uns erstmals gelungen, Quanteninformation zwischen Photonen aus zwei verschiedenen Quantenpunkten zu übertragen.“ Dieser Erfolg markiert einen bedeutenden Fortschritt in der Quantenkommunikationstechnologie. In der Quantenkommunikation fungiert ein einzelnes Lichtteilchen als Informationsträger, dessen Polarisationszustand binär Null oder Eins entspricht. Aufgrund der Gesetze der Quantenmechanik lässt sich jede Abfangung einer Übertragung erkennen, wodurch die Sicherheit der Kommunikation gewährleistet wird.

Für die Realisierung eines Quanteninternets ist eine kostengünstige Glasfaserinfrastruktur unerlässlich. Licht hat jedoch eine begrenzte Übertragungsdistanz, und herkömmliche optische Signale erfordern eine regelmäßige Verstärkung, während Quanteninformationen nicht ohne Weiteres verstärkt, kopiert oder weitergeleitet werden können. Um dieses Problem zu lösen, haben Physiker Quantenrepeater entwickelt, die Quanteninformationen aktualisieren, bevor diese von optischen Fasern absorbiert werden. Die Übertragung von Quanteninformationen mittels Quantenteleportation erfordert jedoch, dass die Photonen ununterscheidbar sind, was extrem schwierig ist, da die Photonen von verschiedenen Lichtquellen an unterschiedlichen Orten erzeugt werden.

Ein Forschungsteam der Universität Stuttgart hat eine Halbleiterlichtquelle entwickelt, die nahezu identische Photonen erzeugt und erfolgreich den Polarisationszustand von Photonen, die von einem Quantenpunkt auf einen anderen übertragen werden, überträgt. Ein für das Experiment entscheidender Quantenfrequenzkonverter kompensiert verbleibende Frequenzunterschiede zwischen den Photonen. Das Forschungsteam erklärt, dass die Übertragung von Quanteninformation zwischen Photonen verschiedener Quantenpunkte der Schlüssel zur Überbrückung größerer Entfernungen ist. Derzeit arbeiten sie daran, noch größere Distanzen zu erreichen und die Erfolgsrate der Quantenteleportation zu verbessern.

Weitere Informationen: Tim Strobel et al., „Quantum Teleportation at Telecommunication Wavelengths Using Frequency-Converting Photons from Remote Quantum Dots“, *Nature Communications* (2025). Zeitschrifteninformationen: *Nature Communications*