Moderator und Wissenschaftsjournalist Jacob Beautemps taucht in die Welt des Quanteninternets ein. Projekte, wie die unserer T-Labs - u.a. mit ihrer Teststrecke in Berlin - bringen die Theorie schon jetzt in die Praxis. Was heute schon möglich ist und wie das Quanteninternet funktioniert - darum geht es in einer neuen Folge von „Breaking Lab“, einem populären Wissensformat auf YouTube.
Im klassischen Internet werden Informationen als Bits übertragen – also als 0 oder 1. Im Quanteninternet geht es um „Qubits“. Sie können 0, 1 oder beides gleichzeitig sein. Diese Überlagerung nennt man „Superposition“.
Dazu kommt eine zweite Besonderheit, die sogenannte Verschränkung. Dabei werden zwei Teilchen so miteinander verknüpft, dass ihr Zustand zusammenhängt – selbst über große Entfernungen. Misst man das eine, kennt man den Zustand des anderen. Diese Quanteneffekte bilden die physikalische Grundlage für das Quanteninternet und seine Anwendungen.
Im Kern ist das Quanteninternet ein Netzwerk von Quantengeräten wie Quantencomputern oder Quantensensoren, die solche Qubits austauschen. Die Forschung spricht von sechs Entwicklungsstufen des Quanteninternets: von ersten, noch punktuellen Verbindungen bis hin zu einem globalen Netz aus Quantencomputern in Stufe 6. Heute stehen wir am Anfang, also auf der ersten Stufe.
Abhörsichere Kommunikation durch Physik
Eine der spannendsten Anwendungen ist die abhörsichere Kommunikation. Heute basiert Verschlüsselung meist auf komplexen mathematischen Problemen. Verfahren wie RSA machen es Angreifern zwar sehr schwer, Schlüssel zu berechnen, leistungsfähige Quantencomputer könnten solche Verfahren in Zukunft jedoch deutlich schneller knacken.
Das Quanteninternet setzt an einem anderen Punkt an. Die eigentlichen Daten bleiben klassisch verschlüsselt, aber der Schlüssel wird über Qubits übertragen. Der Clou: Quantenzustände lassen sich nicht verlustfrei kopieren. Versucht ein Angreifer, den Zustand eines Qubits mitzulesen, verändert er ihn zwangsläufig. Diese Störung lässt sich auf der Empfängerseite nachweisen insbesondere, wenn verschränkte Teilchen im Spiel sind.
So entsteht ein Kommunikationsnetz, bei dem Abhörversuche nicht unbemerkt bleiben.
Verteiltes Quantencomputing: Viele statt ein großer Quantenrechner
Quantencomputer befinden sich noch am Anfang. Heute arbeiten Systeme mit rund hundert Qubits. Für viele komplexe Anwendungen bräuchte es jedoch deutlich mehr. Je größer die Systeme werden, desto schwieriger wird es jedoch, sie stabil und fehlerarm zu betreiben.
Hier setzt die Idee des verteilten Quantencomputings an: Statt einen riesigen Quantencomputer zu bauen, werden mehrere kleinere Systeme über das Quanteninternet verbunden. Qubits können zwischen ihnen ausgetauscht werden, Algorithmen laufen parallel auf mehreren Rechnern. Am Ende entsteht ein virtueller „Großrechner“.
Das Quanteninternet liefert dafür die Infrastruktur, ähnlich wie das heutige Internet für verteiltes Cloud Computing, nur auf Basis von Qubits.
Quanten-Sensing: Messen im Verbund
Eine weitere Anwendung ist das Quanten-Sensing. Es geht darum, extrem präzise Messungen durchzuführen – etwa für Forschung, Medizin oder Geophysik.
In klassischen Sensornetzen misst jeder Sensor für sich. Die Daten werden später zentral zusammengeführt, gemittelt und ausgewertet. In einem Quantennetz lassen sich Sensoren hingegen über verschränkte Qubits koppeln. Mehrere Quantensensoren erfassen dann gemeinsam einen Messwert.
Ein Quanteninternet ermöglicht es, solche verteilten Quantensensoren zu verbinden – zum Beispiel Teleskope an weit entfernten Orten für besonders genaue Himmelsbeobachtungen.
Berlin als Testfeld – Quanten- und klassisches Internet im selben Kabel
Wie ein Quanteninternet über reale Glasfasernetze aussehen könnte, testen die T-Labs der Deutschen Telekom im „Berlin Quantum Fiber Testbed“. In diesem Versuchsnetz laufen klassische Datensignale und Quantensignale durch dieselbe Glasfaser.
Die Herausforderung: Die Signale dürfen sich nicht gegenseitig stören. Glasfasern übertragen Licht in verschiedenen Wellenlängenbereichen, den sogenannten Bändern. Für das Experiment blieb der klassische Datenverkehr im üblichen C-Band und damit weit genug entfernt, um Störungen zu minimieren, aber technisch noch gut nutzbar.
Gemeinsam mit dem US-Unternehmen Qunnect gelang den Forschenden ein Rekord. Über 30 Kilometer Glasfaser konnten sie verschränkte Photonen mit 99 Prozent Genauigkeit (Fidelity) verteilen – und das über 17 Tage stabil im Dauerbetrieb. In ersten Tests über rund 100 Kilometer bleiben noch etwa 90 Prozent Genauigkeit übrig. Das ist genug für kürzere Distanzen, etwa innerhalb einer Stadt.
Zum Vergleich: In klassischen optischen Netzen liegen Verstärker-Stationen heute in Abständen von rund 80 Kilometern. Für Quantenverbindungen sind derzeit deutlich kürzere Abstände nötig – etwa alle 30 Kilometer ein Knotenpunkt.
Das Nadelöhr: Quantenrepeater und Zeitplan bis 2050
Damit das Quanteninternet über große Distanzen funktioniert, braucht es spezielle Knotenpunkte – sogenannte Quantenrepeater. Sie können selbst Verschränkung erzeugen und lange Strecken in mehrere kürzere Abschnitte unterteilen.
Solche Quantenrepeater gelten als extrem komplex. Studien, etwa vom Fraunhofer ISI, gehen davon aus, dass kommerzielle Lösungen frühestens ab etwa 2035 zu erwarten sind. Bis zu einem großflächig ausgebauten Quanteninternet werden nach Einschätzung von Expertinnen und Experten weitere 15 bis 20 Jahre vergehen.
Die T-Labs sehen ihre Aufgabe darin, das heutige Netz rechtzeitig auf diese Technologien vorzubereiten: Quantenkomponenten testen, in bestehende Netze integrieren und bewerten, wie realistisch eine spätere Migration ist.
Das Quanteninternet wird das klassische Internet nicht ersetzen. Es ergänzt es dort, wo besondere Eigenschaften gefragt sind.
Das Video gibt Einblicke in Technik, die man normalerweise gar nicht sieht, weil sie in Rechenzentren steckt. Außerdem zeigt es, wie praktisch KI-Assistenten – wie beispielsweise auf dem KI-Phone – unseren Alltag revolutionieren. Reinschauen lohnt sich.
Über den ModeratorJacob Beautemps ist ein bekannter Wissenschaftsjournalist und Influencer im deutschsprachigen Raum. Mit seinem YouTube-Kanal „Breaking Lab“ begeistert er ein breites Publikum für Technik- und Wissenschaftsthemen, die er leicht anschaulich, fundiert und unterhaltsam erklärt. Sein Ziel: komplexe Zusammenhänge verständlich machen.
