Der diesjährige, mit einer Million Euro dotierte, Körber-Preis für die Europäische Wissenschaft (externer Link) geht an die 1977 in Würzburg geborene Quantenphysikerin Stephanie Wehner. Wehner lehrt derzeit zu Quanteninformation an der TU Delft in den Niederlanden. Sie arbeitet daran, mit Quantentechnik ein Internet aufzubauen, das Anwender in Rekordzeit und abhörsicher verbinden kann. Der Körber-Preis (externer Link) zeichnet laut eigener Auskunft seit 1985 jedes Jahr einen „Forschungsdurchbruch in den Physical oder den Life Sciences in Europa“ aus. Er wird Stephanie Wehner am 19. September im Hamburger Rathaus verliehen und würdigt ihre wegweisende Arbeit zum Quanteninternet.
Quantenkommunikation: Quantenbits machen Kommunikation abhörsicher
Quantencomputer arbeiten mit Quantenbits. Die Bits herkömmlicher Computer arbeiten mit den Zahlen 0 oder 1. Quantenbits, kurz Qubits, können auch beide Werte gleichzeitig annehmen und alle Werte dazwischen. Sie haben noch weitere besondere Eigenschaften: Sie können sich verschränken. Das bedeutet, wenn man den Zustand eines Qubits misst, kann man den Zustand eines anderen Qubits bestimmen. Selbst dann, wenn diese weit voneinander entfernt sind. Zudem verändert sich der Zustand eines Qubits durch die Messung. Das bedeutet beispielsweise, wenn eine Kommunikation zwischen zwei Menschen mittels Qubits übertragen und abgehört wird, verändert sich der Zustand der Qubits. Damit wird beiden klar, dass sie abgehört werden.
Quantenkommunikation klappt bisher nur über kurze Distanz
In einem Quantennetzwerk, erläutert Stephanie Wehner, die früher als Hackerin Sicherheitslücken aufgedeckt hat, wird eben „keine klassische Information von A nach B geschickt, sondern Quanteninformation. Wie in einem herkömmlichen Netzwerk auch gibt es Geräte, die man genau so verbindet, wie ein Handy oder einen Computer.“ Solche abhörsicheren, einfachen Qubit-Rechner sind inzwischen sogar kommerziell erhältlich, sagt Wehner, allerdings gelingt die Quantenkommunikation damit bislang nur über Distanzen um die 100 Kilometer.
Körber-Preisträgerin Stephanie Wehner will ein Quanteninternet (externer Link) schaffen, in dem solche Quantengeräte über weite Distanzen miteinander verbunden werden können. Bis 2030 sollen 500 Kilometer, in zehn Jahren 1.000 Kilometer möglich sein. So können Geräte, die nur ein Qubit haben, sicher und schnell kommunizieren und entfernte Dinge schnell und exakt steuern: „Man könnte es zum Beispiel möglich machen, Teleskope miteinander zu verbinden, um ein besseres Bild vom Himmel zu bekommen.“
Quanteninformation ist fehleranfällig
Das Problem: Qubits können leicht gestört werden, verändern ihren Zustand, es kommt zu Fehlern, auch beim Transport von Qubits in einem Quanteninternet. Die Idee ist, so Stephanie Wehner, Qubits als Lichtteilchen, also als Photonen über Glasfaser zu transportieren. Letztlich dieselben Glasfaser, über die auch das jetzige Internet läuft. Aber diese Leiter absorbieren Photonen. Etwa alle 100 Kilometer muss man sie daher verstärken, sagt Andreas Reiserer, der an der TU München zu Quantennetzwerken forscht. Mit herkömmlichen digitalen Bits ist das kein Problem, mit Qubits aber schon. Sie würden dadurch gestört. Reiserer entwickelt zurzeit einen technisch aufwendigen Quantenrepeater (externer Link): „In naher Zukunft wollen wir das in die Praxis führen und wirklich auch zeigen damit, dass man dort alltagstaugliche Geräte bauen kann, die dann zum Beispiel in Serverräumen von Telekommunikationsanbietern integriert werden können.“
Ein Netz für einen Super-Quantencomputer
Das ferne Ziel: Mittels solcher Repeater ein Internet aufbauen, das Quantencomputer zu einem Super-Quantencomputer vernetzen kann. Damit, so Reiserer, wären Rechenoperationen möglich, deren Anwendung man sich heute noch gar nicht vorstellen kann. So wie man sich auch vor gut 40 Jahren noch nicht vorstellen konnte, was heute mit dem Internet möglich ist. Stephanie Wehner will zunächst ein Quantennetz entwickeln, das einfachere Quantengeräte verbindet. Sie hat dazu auch schon ein Betriebssystem entwickelt. Damit sollen Quantenprogramme auf verschiedenen Geräten ausgeführt werden und diese miteinander vernetzt werden können, „ohne dass man Experimentalphysiker ist“, wie Stephanie Wehner betont. Mit dem Preisgeld des Körber-Preises will sie weitere Anwendungen entwickeln, die in einem Quantennetz arbeiten können.
