Ein Forschungsteam der University of Pennsylvania hat in einem Experiment Quanteninformationen über klassische Internetprotokolle, Router und Glasfaserkabel übertragen. Damit demonstrierte das Team, dass zukünftiges Quanteninternet möglicherweise in Teilen auf bestehender Netzwerktechnik basieren könnte. Die Studie erschien im Fachmagazin Science.

Vom Internet zum Quanteninternet

Ein Quanteninternet könnte zukünftig zentrale Herausforderungen in der Kommunikation und Datenverarbeitung lösen. Es verspricht abhörsichere Datenübertragung und die Vernetzung von Quantencomputern. So könnten diese Informationen austauschen oder gemeinsam komplexe Berechnungen durchführen.

Doch der Aufbau eines Quantennetzwerks ist mit vielen technischen Hürden verbunden. Quantenobjekte sind extrem empfindlich gegenüber äußeren Einflüssen wie Vibrationen oder Temperaturveränderungen. Selbst minimale Störungen können die Informationen zerstören, die sie tragen. Hinzu kommt, dass herkömmliche Netzwerktechniken, wie Signalverstärker und Router, Quantensignale nicht ohne Weiteres verarbeiten können.

Mehrere Studien konnten bereits belegen, dass herkömmliche Glasfaserkabel Quanteninformation übertragen können. So etablierte etwa ein Team aus England, Polen und den Niederlanden kürzlich Quantenkommunikation über ein 250 Kilometer langes, kommerzielles Glasfaserkabel zwischen Frankfurt am Main und Kehl bei Straßburg. Photonen, also einzelne Lichtteilchen, trugen die Information dabei vom Sender zum Empfänger.

Ob typische Internetprotokolle und weitere Netzwerktechnik für den Transport von Quanteninformationen genutzt werden können, ohne diese zu zerstören, blieb bislang aber weitgehend unerforscht.

Hybride Datenpakete

Um diese beiden Bereiche zu verbinden, kombinierte das Team um Yichi Zhang der University of Pennsylvania klassische und quantenbasierte Daten zu einem hybriden Datenpaket. Das bekannte Internetprotokoll (IP) teilt Informationen in Datenpakete auf, versieht sie mit Kopfdaten (einem Header) und ordnet sie so über eine IP-Adresse den Zielen zu. Mit einer ähnlichen Idee entwickelte das Team einen Chip, der einen klassischen Header mit der zu übertragenden Quanteninformation, der sogenannten Quantum-Payload, kombiniert. Die Quanteninformation kodierten sie innerhalb von verschränkten Photonenpaaren.

Mithilfe des Headers adressierten Router die hybriden Datenpakete korrekt und leiteten sie weiter, ohne auf die sensiblen Quanteninformationen zuzugreifen. Zusätzlich integrierten die Forschenden ein Fehlererkennungssystem in den IP-Header, das Störungen von außen erkennt und abmildert, bevor sie die Quanteninformationen beeinträchtigen. Dieses System erwies sich während eines fünfstündigen Tests als wichtiges Werkzeug, um die Quanteninformationen zu erhalten, wie das Team in seiner Publikation schreibt.

Drei Strecken im Test

Um ihr Konzept zu testen, entwickelte das Team drei verschiedene Teststrecken über eine Strecke von bis zu sieben Kilometern. Dabei nutzte es Glasfaserkabel, Router und Knotenpunkte, um Quanteninformationen an mehrere Adressen zu übertragen. Im größten Aufbau leitete das Team Quanteninformationen von zwei möglichen Absendeadressen über zwei Router zu drei möglichen Zieladressen. Laut der Forschenden demonstrieren ihre Ergebnisse, dass hybride Datenpakete stabil über ein klassisches Netzwerk transportiert werden können.

„In vielerlei Hinsicht wird ein Quanteninternetprotokoll auch unseren klassischen Internetprotokollen ähneln“, erklärt Hannes Bernien, Quantenforscher an der Universität Innsbruck, der nicht an der Studie beteiligt war. Wie dies funktionieren könne, hätten die Forscher mit ihrer Studie auf elegante Weise gezeigt und so einen wichtigen Schritt hin zu einem skalierbaren Quanteninternet gemacht.

„In einem klassischen Netzwerk gibt es allerdings viele weitere Komponenten, die fundamental nicht mit Quantensignalen kompatibel sind“, gibt Bernien zu bedenken. Signalverstärker, die längere Distanzen überwinden sollen, seien aufgrund physikalischer Gesetze in der Quantenwelt nicht möglich. „Insofern denke ich, dass ein Quantennetzwerk immer eine eigene Infrastruktur benötigen wird.“

Vernetzte Quantencomputer für Quanten-Cloud-Computing

Quantennetzwerke, die Informationen abhörsicher übertragen, sind mittlerweile bereits kommerziell verfügbar und funktionieren über Distanzen bis zu etwa 100 Kilometern. Spannend sei aber vor allem die Vernetzung von Quantencomputern oder Quantensensoren. „Für mich ist ein Quanteninternet erst dann richtig interessant, wenn es Quantenprozessoren verbindet“, sagt Bernien. „Das ist eigentlich genauso wie bei unserem heutigen Internet, das ja ohne Computer ziemlich langweilig wäre.“

Solch ein Quantennetzwerk würde etwa Cloud-Computing ermöglichen. „Man geht mittlerweile davon aus, dass ein modularer Ansatz verwendet werden muss, um einen Quantencomputer der notwendigen Größe zu bauen“, sagt der Forscher. Statt einen großen Quantenrechner zu bauen, verknüpft man also viele kleine mithilfe eines Quantennetzwerks.

Das Team aus Pennsylvania sehen ihre Arbeit als Grundlage für weitere Entwicklungen. Mit fortschreitender Technik könnten hybride Netzwerke mit höheren Datenraten und größerer Skalierbarkeit realisiert werden, um den steigenden Anforderungen eines Quanteninternets gerecht zu werden. Die Kombination aus klassischer Netzwerktechnik und Quantensystemen könnte dabei helfen, die bestehende Infrastruktur effizient zu nutzen, während sie schrittweise für die Bedürfnisse von Quantenanwendungen angepasst wird.

(spa)

Die Verbände der europäischen Automobilhersteller (Acea) und Zulieferer (Clepa) fordern von der EU-Kommissionspräsidentin Ursula von der Leyen eine dringende Kurskorrektur in der EU-Klimapolitik für die Autoindustrie. Sie warnen in einem offenen Brief an die CDU-Politikerin, dass die starren CO2-Ziele für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge für 2030 und 2035 „in der heutigen Welt einfach nicht mehr machbar“ seien. Der Ausstieg aus dem Verbrennungsmotor sei unter den aktuellen Bedingungen nicht mehr realistisch.

Als Hauptgründe für ihren Appell nennen die Lobbygruppen geopolitische Umbrüche, eine stagnierende Nachfrage nach Elektrofahrzeugen und den Mangel an bezahlbaren Modellen sowie die starke Abhängigkeit von China bei Batterien und Rohstoffen. Sie sehen damit die europäische Autoindustrie in ihrer Wettbewerbsfähigkeit bedroht: China könne die Produktion von E-Autos deutlich günstiger bewerkstelligen.

Anstatt auf Idealismus zu setzen, müsse die EU-Strategie „industrielle und geopolitische Realitäten“ anerkennen, ist dem Schreiben zu entnehmen. Es müsse mehr Flexibilität geben. Die Verbände plädieren dafür, nicht ausschließlich auf reine batteriebetriebene Fahrzeuge zu setzen. Es müsse auch Raum für andere Technologien wie Hybride, Wasserstoff und E-Fuels geben, um die Klimaziele zu erreichen. Grundsätzlich sei es nötig, die europäische Lieferkette für Batterien und andere Schlüsselkomponenten zu stärken, das Qualifizierungsangebot zu verbessern und für ein globales, wettbewerbsfähiges Umfeld zu sorgen.

Auto-Lobby hat schon viel durchgesetzt

Der Acea hat bereits erreicht, dass Pkw-Hersteller mehr Zeit bekommen, um sich an die EU-Klimavorschriften zu halten. Seit Juni verlangt er eine Aufweichung der Emissionsgrenzwerte auch für Lkw. Die innerhalb der EU geltenden CO2-Vorgaben für Autobauer müssen Hersteller von schweren Nutzfahrzeugen inzwischen ähnlich erfüllen. Deren CO₂-Emissionen im Betrieb sollen im Vergleich zu 2019 bis 2030 um 45 Prozent reduziert werden, bis 2035 um 65 Prozent. Die Bundesregierung forderte schon vorher Ausnahmen. Der 2023 gefundene Kompromiss sieht vor, dass in einem ersten Schritt eine neue Fahrzeugkategorie „E-Fuels only“ geschaffen wird. Entsprechende Autos sollen nur synthetische Kraftstoffe verbrennen dürfen.

Manfred Weber (CSU), Chef der konservativen EVP-Fraktion im EU-Parlament, hat Verständnis für die Lobby-Rufe: Das Beste wäre es ihm zufolge, „den Menschen einen Anreiz zu geben, ein modernes Auto mit Verbrennungsmotor zu kaufen und ihr altes auszumustern“. Die belgische Grünen-Abgeordnete Sara Matthieu kritisiert dagegen: eine weitere Schwächung der Klimavorgaben serviere China den Markt für E-Autos auf dem Silbertablett. Volvo in Ghent zeige, dass Investitionssicherheit ausreiche.

Matthieu hat mit Kollegen der europäischen Grünen-Fraktion ebenfalls einen Brandbrief an von der Leyen gerichtet. Darin fordern sie: Die EU müsse in Batterieinfrastruktur, erschwingliche Ladeoptionen und „Sozial-Leasing“ investieren. Beobachter wie Felix Creutzig vom Mercator-Institut warnen, ein weiteres Eindampfen der CO2-Flottengrenzwerte würde die Transformation und Wettbewerbsfähigkeit der Autobranche gefährden.

(vbr)

Anwendungen Künstlicher Intelligenz (KI) und innovative Haushaltsroboter sollen künftig in einem smarten Zuhause eine tragende Rolle spielen. Auf diese beiden Trendthemen setzen zumindest viele Aussteller der Tech-Messe IFA („Innovation For All“), die am 5. September in Berlin beginnt.

Zu den IFA-Innovationen, die auf der Messe begutachtet werden können, gehören unter anderem moderne Backöfen, die mit KI-Unterstützung die vorhandenen Zutaten erkennen, ein Rezept vorschlagen oder das Programm für die optimale Zubereitung auswählen. Sie sind in der Lage, präzise die Garzeit zu kalkulieren – ohne Türöffnen oder Stäbchentest.

Das Marktforschungsunternehmen NIQ beobachtet zur IFA, dass Roboter immer stärker den Alltag im Haushalt übernehmen: „Staubsauger, Fensterputzer, Rasenmäher – alles wird automatisiert.“ Vor allem Hersteller aus China drängen der NIQ-Analyse zufolge mit kurzen Innovationszyklen und aggressiver Preisstrategie auf den Markt. Besonders Fensterputzroboter und Mähroboter seien stark gefragt.

Mähroboter schonen Igel

Der Roboter-Boom wird durch konkrete Innovationen vorangetrieben. Bei der ersten Generation der Mähroboter mussten die Begrenzungen des Gartens und Hindernisse auf der Rasenfläche noch aufwendig durch Begrenzungskabel signalisiert werden. Moderne Mähroboter benötigen das nicht mehr und finden mit Hilfe von KI selbstständig heraus, wohin sie sich bewegen dürfen. Sie sind auch in der Lage, Tiere auf dem Rasen, etwa einen Igel, in Ruhe zu lassen und zu umkurven.

Im „Smart Home“ erkennen Putzroboter dank einer Kamera mit KI-Analyse, dass ein Schnürsenkel auf dem Wohnzimmerteppich nicht eingesaugt werden sollte.

Bei den Elektrokleingeräten sind aktuell Heißluft-Fritteusen („Airfryer“) buchstäblich das heiße Ding. „Sie stehen für neue Konsummuster und bedienen gleich mehrere Mega-Themen in der deutschen Gesellschaft: gesunde Ernährung (fettarm), Energieeffizienz (stromsparend und gut für die Umwelt), Schnelligkeit und einfache Zubereitung (zeitsparend, das Leben wird einfacher)“, sagte Alexander Dehmel, Experte für technische Konsumgüter bei NIQ.

KI, das „unsichtbare Betriebssystem der IFA“

IFA-Geschäftsführer Leif Lindner betonte, die Abkürzung IFA stehe nicht mehr für „Internationale Funkausstellung“, sondern für „Innovation For All“. Dabei gehe es nicht nur darum, Produktneuheiten zu präsentieren, sondern Trends, Marken und andere Inhalte für ein breites Publikum zu inszenieren.

Lindner sagte, Künstliche Intelligenz sei in diesem Jahr „das unsichtbare Betriebssystem der IFA“. „KI verändert gerade die Art, wie wir denken, wie wir arbeiten, wie wir miteinander kommunizieren. Und auf der IFA wird KI mehr oder weniger überall erlebbar sein.“

Neben KI und Robotik sei Nachhaltigkeit das dritte Top-Thema der IFA, sagte Lindner. Die Messe reagiert damit auf einen Branchentrend. Experten schätzen, dass aufbereitete Gebrauchtgeräte („refurbished“) bei Smartphones aktuell einen Marktanteil von rund zehn Prozent ausmachen.

Die Marktforscher von NIQ sagen, die Kombination von Händlergarantie, neuem Gehäuse und geprüfter Technik schaffe für viele Käufer eine echte Alternative. „Das Thema trifft den Nerv von Nachhaltigkeit, Preisbewusstsein und einer neuen Konsum-Ethik.“

Zielgruppe „Gen Z“

Um jüngere Leute besser ansprechen zu können, bietet die IFA in diesem Jahr den Stars der sozialen Medien bessere Arbeitsbedingungen. Im Palais am Funkturm können Influencer und Content Creator aus professionellen Studios streamen und eine Bühne für Live-Formate nutzen.

An die jüngere Zielgruppe richtet sich auch der „Mobility Track“, auf dem neue E-Bikes und E-Roller ausprobiert werden können. Ergänzt wird das Programm für die Generation Z mit einem „Beauty Hub“ rund um Pflegeprodukte sowie einem Bereich für Gamer.

Zur IFA-Tradition gehört auch ein Open-Air-Programm mit Deutschrock von Deine Cousine, Evil Jared, Joy Denalane und Max Herre sowie am Sonntag Rapperin Ikkimel.

Der Eintritt für Erwachsene kostet 19,50 Euro. Kinder bis 15 Jahre können die IFA kostenlos besuchen. Auf der Messe sind 1900 Aussteller präsent.

(vbr)