Die Quantenteleportation überträgt keine Materie, sondern allein den Zustand eines Teilchens auf ein anderes, weit entferntes. Besonders schwierig wird das, wenn beide Teilchen aus völlig verschiedenen Quellen stammen. Genau das gelang Forschern nun erstmals über eine Distanz von 270 Metern. Sie teleportierten den Zustand zwischen Lichtteilchen aus zwei unterschiedlichen sogenannten Quantenpunkten, mit einer Genauigkeit von bis zu 83 Prozent. Der Erfolg gilt als Schlüsselbaustein für das künftige Quanteninternet.
Die Quantenteleportation beruht auf einem der seltsamsten Phänomene der Physik, der Verschränkung. Dabei sind zwei Teilchen so eng verbunden, dass sie sich wie ein gemeinsames System verhalten, auch wenn sie räumlich getrennt sind. Nutzt man diese vorab geteilte Verschränkung, lässt sich der unbekannte Quantenzustand eines Teilchens an einem entfernten Ort exakt wiederherstellen, ohne dass das Teilchen selbst dorthin reist. Als Träger dieser Zustände dienen häufig Photonen, also einzelne Lichtteilchen, die sich über Glasfasern nahezu störungsfrei transportieren lassen. Eine besondere Herausforderung besteht darin, dass die zu teleportierenden Photonen möglichst identisch sein müssen. Stammen sie aus derselben Quelle, ist das vergleichsweise einfach, doch für ein echtes Netzwerk müssen Photonen aus verschiedenen, räumlich getrennten Quellen zusammenwirken. Diese müssen in Eigenschaften wie ihrer Farbe, also ihrer Frequenz, exakt übereinstimmen, was technisch extrem anspruchsvoll ist.
Als Quellen dienten den Forschern sogenannte Quantenpunkte, winzige Halbleiterkristalle, deren Eigenschaften nicht durch die Zahl ihrer Elektronen, sondern durch ihre Größe bestimmt werden. Diese Größe legt fest, in welcher Farbe ein Quantenpunkt Licht aussendet, weshalb er als besonders präzise Einzelphotonenquelle gilt. Das Problem: Zwei getrennt hergestellte Quantenpunkte senden ihr Licht praktisch nie in exakt derselben Frequenz aus. Die Forscher lösten dies mit Frequenzwandlern, die die Photonen der beiden Quellen aufeinander abstimmten. Damit schufen sie die Voraussetzung, um erstmals Photonen aus zwei verschiedenen Quantenpunkten miteinander zu teleportieren. Solche Fortschritte bauen auf jahrzehntelanger Grundlagenarbeit auf, in der etwa das Beamen von Informationen durch Quantenteleportation erstmals demonstriert wurde.
Für das im Fachjournal Nature Communications veröffentlichte Experiment verbanden die Forscher zwei Gebäude über eine 270 Meter lange Strecke, teils über eine freie Luftverbindung, teils über Glasfaser. Über diese hybride Verbindung teleportierten sie den Quantenzustand zwischen Photonen aus den beiden unterschiedlichen Quellen. Die erreichte Genauigkeit, im Fachjargon Fidelität genannt, lag bei bis zu 83 Prozent und damit deutlich über der Schwelle, ab der die Übertragung als echte Quantenteleportation gilt. Der entscheidende Fortschritt liegt darin, dass erstmals verschiedene Quellen über eine solche Distanz zusammenwirkten, denn ein realistisches Quantennetzwerk besteht zwangsläufig aus vielen unabhängigen Knotenpunkten mit jeweils eigenen Lichtquellen.
Die Bedeutung des Experiments liegt im Aufbau sogenannter Quantenrepeater, die für ein weiträumiges Quanteninternet unverzichtbar sind. Da sich Quantenzustände nicht wie klassische Signale einfach verstärken lassen, müssen sie über solche Zwischenstationen weitergereicht werden, die zwangsläufig Photonen aus verschiedenen Quellen verknüpfen. Genau dafür liefert die Teleportation zwischen unterschiedlichen Quantenpunkten einen zentralen Baustein. Einordnend gilt, dass es sich um ein Laborexperiment über eine noch begrenzte Distanz handelt und bis zu einem einsatzfähigen Quantennetz erhebliche technische Hürden bleiben, etwa die weitere Steigerung von Reichweite und Genauigkeit. Dennoch zeigt der Versuch, dass die grundlegenden Bausteine eines abhörsicheren Quanteninternets zunehmend zusammenkommen. Wie robust die zugrunde liegende Physik ist, zeigte sich auch daran, dass die Quantenverschränkung sogar 24 Kilometer belebtes Internetkabel übersteht.
Nature Communications, Quantum teleportation with dissimilar quantum dots over a hybrid quantum network; doi:10.1038/s41467-025-65911-9