Evanston/Chicago – Forschende der Northwestern University haben erstmals erfolgreich verschränkte Photonen über eine 24,4 Kilometer lange Glasfaser zwischen Evanston und dem Zentrum von Chicago gesendet, während dieselbe Faser gleichzeitig hochkapazitiven kommerziellen Internetverkehr transportierte. Die Quanteninformation blieb mit einer Treue von mehr als 94 Prozent erhalten. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Optica Quantum veröffentlicht (DOI: 10.1364/OPTICAQ.592786).
Quanteninformationen sind extrem empfindlich. Im Gegensatz zu klassischen Daten, die aus Millionen von Lichtteilchen bestehen, nutzen Quantensignale einzelne Photonen. Schon geringste optische Störungen können die Verschränkung zerstören. Bislang galt die gemeinsame Nutzung bestehender Glasfasernetze daher als große Herausforderung.
Das Team um Prem Kumar, Professor für Elektrotechnik und Computertechnik und Direktor des Center for Photonic Communication and Computing, erzeugte verschränkte Photonenpaare im Labor auf dem Campus in Evanston. Ein Partner jedes Paares blieb vor Ort, der andere legte die Strecke zum StarLight-Kommunikationsknoten in der Innenstadt von Chicago zurück. Die Faser transportierte parallel zwei Datenkanäle mit je 800 Gigabit pro Sekunde sowie eine optische Leistung, die einem voll ausgelasteten kommerziellen Link entspricht – potenziell bis zu 36 Terabit pro Sekunde.
Um die Quantenphotonen vor dem starken klassischen Verkehr zu schützen, verschoben die Forschenden die Signale in den ruhigeren O-Band-Bereich des optischen Spektrums, während der kommerzielle Verkehr im C-Band blieb. Für die notwendige Synchronisation der beiden Standorte mit Pikosekunden-Genauigkeit setzten sie das optische Zeitsystem „White Rabbit“ ein.
Die gemessene Verschränkungstreue lag über 94 Prozent – ein Wert, den ein klassisches Kommunikationssystem nicht erreichen kann. Es handelt sich nach Angaben der Forschenden um die erste Demonstration der Verteilung von Verschränkung zwischen entfernten Knoten über eine Faser, die gleichzeitig modernen kommerziellen Telekommunikationsverkehr führt.
Die Ergebnisse zeigen, dass fragile Quantensignale und klassische Datenströme in derselben Glasfaser koexistieren können. Damit eröffnet sich ein praktischer Weg zum Aufbau künftiger Quantennetzwerke, ohne vollständig neue Kommunikationsinfrastruktur errichten zu müssen. Als Nächstes plant das Team, Quanten-Teleportation zwischen entfernten Knoten über ein reales städtisches Telekommunikationsnetz zu demonstrieren.
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Optica Quantum
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