Forscher der University of York haben in Zusammenarbeit mit dem Quantum Communications Hub und euNetworks Fiber UK Limited („euNetworks“) erstmalig erfolgreich nachgewiesen, dass Quantenkommunikation über die große geografische Entfernung zwischen England und Irland möglich ist. Das von Professor Marco Lucamarini von der University of York geleitete Team führte eine Reihe von Experimenten mit dem Unterwasserkabel Rockabill des Infrastrukturanbieters euNetworks durch.. Dieses Netzwerk ist eines der neuesten in Betrieb befindlichen kommerziellen Glasfasersysteme und verbindet Irland mit England im Vereinigten Königreich. Die Verbindung verläuft über 224 Kilometer zwischen den Kabelanlegestellen Portrane und Southport. Bis heute wurde weder eine Quantenverbindung zwischen den beiden Ländern hergestellt, noch ein Unterwasser-Glasfaserkabel mit einer derartigen Länge eingesetzt.
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Paula Cogan, CEO of euNetworks (Photo: Business Wire)
Die Quantenkommunikation beruht auf dem Prinzip, dass Lichtteilchen Daten entlang optischer Kabel in einem äußerst fragilen Zustand übertragen können. Doch die Teilchen brechen zusammen, wenn sie von jemandem gestört werden, der während der Übertragung versucht, private Daten, wie beispielsweise Bankdaten, zu manipulieren oder zu stehlen.
„Viele große Unternehmen und Organisationen haben Interesse an der Quantenkommunikation, um ihre Daten zu sichern. Sie hat jedoch insbesondere hinsichtlich der Entfernung, die sie zurücklegen kann, ihre Grenzen“, so Professor Marco Lucamarini. „Je größer die Entfernung, desto wahrscheinlicher ist es, dass die von uns als Träger der Quanteninformation verwendeten Lichtteilchen – die Photonen – im Kanal verloren gehen, absorbiert oder gestreut werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit abnimmt, dass die Informationen ihr Ziel erreichen. Dies stellt ein Problem dar, wenn Unternehmen private digitale Informationen an andere Städte oder andere Länder senden müssen. Eine zusätzliche Herausforderung kann dabei auch ein Ozean zwischen dem Start- und Endpunkt der Kommunikation sein.“
Um diese Einschränkung zu überwinden, wurde ein Pilotprojekt entworfen. Rockabill, ein neuartiges und einzigartiges, extrem verlustarmes Glasfaser-Unterwasserkabel mit geringer Latenz und bemerkenswert niedriger durchschnittlicher Dämpfung, bot eine ideale Umgebung. Das 224 km lange Kabel verbindet die Anlandestationen in Southport und Portrane ohne Verstärkung oder ein Wiederholungssystem.
Die vor Ort durchgeführten Experimentreihen resultierten in der erfolgreichen Übertragung von einzelnen und verschränkten Photonen sowie in der erfolgreichen Messung der optischen Phase, die bei der Quantum Key Distribution (QKD) mit zwei Feldern und mit kontinuierlicher Variation eingesetzt wird. Dies geschah über eine längere kontinuierliche Distanz als jemals zuvor in optischen Unterwasserfasern und frei von „vertrauenswürdigen Knotenpunkten“ zwischen den beiden Endpunkten des Kommunikationskanals. Der Erfolg der Experimente beruhte größtenteils auf hochempfindlichen Detektoren, die am Southport-Endpunkt des Kabels eingesetzt wurden, um die Umgebungsgeräusche zu reduzieren.
Die Forschung arbeitet an der Weiterentwicklung des Einsatzes von QKD, der nächsten Stufe der Datenverschlüsselungstechnologie. Diese Technologie birgt das Potenzial für ein hohes Maß an Netzwerksicherheit. Sie eignet sich vor allem für Branchen und Organisationen, die nach hochsicheren Methoden zur Verschlüsselung, zum Schutz und zur Übertragung von Daten suchen. Schon heute wird sie weltweit in Behörden, pharmazeutischen und biowissenschaftlichen Organisationen sowie im Finanzdienstleistungssektor eingesetzt und getestet.
Professor Lucamarini sagte: „Dies ist ein wirklich großer Schritt in Richtung der Ausschöpfung des vollen Potenzials der Quantenkommunikation und für die Zukunft der Sicherung privater Daten in einer Umgebung, die das sogenannte „Quanteninternet“ prägt. Außerdem wird mit diesem Projekt die Integration der Quantenkommunikationstechnologie in die bestehende globale Telekommunikations- und Netzwerkinfrastruktur vorangetrieben, wodurch sie vom Labor zum Einsatz in der realen Welt überführt werden kann.“
„euNetworks ist stolz darauf, ein wichtiges Projekt zu unterstützen, das die Grenzen der Quantentechnologie verschiebt und die Zukunft der Netzwerksicherheit maßgeblich prägen wird“, so Paula Cogan, Chief Executive Officer von euNetworks. „Die erfolgreiche Integration der Quantentechnologie über eine kommerzielle Glasfaserinfrastruktur über diese Entfernung ist ein aufregender Schritt nach vorn. Rockabill und das Super Highway-Netzwerk von euNetworks, zu dem es gehört, bieten die ideale Plattform für neue und fortschrittliche Technologien, die die Netzwerkinfrastruktur der Zukunft verbessern und innovativ weiterentwickeln werden.“
Es sind weitere Experimente über dieselbe Kabelleitung erforderlich, um den Weg für die Integration der von Quantentechnologien bereitgestellten Dienste in die Standardkommunikation für Industrien, die private Daten zwischen Großbritannien und Irland versenden, und für weitere Fortschritte im Quanteninternet zu ebnen.
Das vom EPSRC Quantum Communications Hub finanzierte Projekt wird auf dem NATO Symposium on Quantum Technology for Defence and Security am 3. Oktober in Amsterdam vorgestellt.
Über euNetworks
euNetworks ist ein Infrastrukturunternehmen im Bereich kritischer Bandbreiten, das 17 glasfaserbasierte Metropolnetze besitzt und betreibt, die mit einem Intercity-Backbone mit hoher Kapazität verbunden sind und 53 Städte in 17 Ländern Europas abdecken. Das Unternehmen ist Marktführer im Bereich der Konnektivität von Rechenzentren und verbindet heute mehr als 515 direkt miteinander. Außerdem ist euNetworks ein führender Anbieter von Cloud-Konnektivität und verfügt über ein zielgerichtetes Portfolio an Metropolitan- und Langstreckendiensten, darunter Dark Fibre, Wavelengths und Ethernet. Großhandels-, Finanz-, Content-, Medien-, Mobilfunk-, Rechenzentrums- und Unternehmenskunden profitieren von dem einzigartigen Angebot von euNetworks an Glasfaser- und Rohrleitungen, die auf ihre hohen Bandbreitenanforderungen zugeschnitten sind. Weitere Informationen erhalten Sie unter eunetworks.com.
Über The University of York
Wir sind Mitglied der prestigeträchtigen Russell Group und eine dynamische, forschungsorientierte Universität. Wir arbeiten mit Institutionen auf der ganzen Welt zusammen, um lebensrettende Entdeckungen zu fördern und neue Technologien zu entwickeln, die zur Lösung einiger der dringendsten globalen Herausforderungen beitragen. Unsere über 30 akademischen Abteilungen leisten bahnbrechende Forschungsarbeit, die unsere inspirierende Lehre unterstützt und unsere Studenten ermutigt, große Träume zu haben, kritisch zu denken und die Welt zu verändern. Weitere Informationen erhalten Sie unter https://www.york.ac.uk/
Über das EPSRC Quantum Communications Hub
Das EPSRC Quantum Communications Hub ist eine technologische Forschungs- und Entwicklungsgemeinschaft von britischen Universitäten, Industriepartnern und Interessenvertretern des öffentlichen Sektors, die sich zusammengeschlossen haben, um die Kommerzialisierung von sicheren Quantenkommunikationstechnologien und -diensten über alle Distanzen zu beschleunigen. Das Projekt wird über den Engineering and Physical Sciences Research Council als Teil des National Quantum Technologies Programme gefördert. Weitere Informationen erhalten Sie unter https://www.quantumcommshub.net/
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