Quantencomputer können zahlreiche, bisher unlösbare Optimierungsprobleme lösen, darunter Terminplanung, Routenplanung und Bestandsverwaltung. Diese Probleme waren für herkömmliche Computersysteme bisher nicht zu lösen. Genau diese Fähigkeit stellt jedoch eine Bedrohung für die heute weit verbreiteten Public-Key-Verschlüsselungsalgorithmen dar.
Netzwerke müssen sowohl Quantenreife als auch Quantensicherheit erreichen, bevor das Zeitalter des Quantencomputings (Q-Day) anbricht.
Netzwerke müssen beides erreichenQuantenbereitschaftUndQuantensicherheitvor dem Beginn des Quantencomputerzeitalters (Q-Day).
Klassische Netzwerke vs. Quantennetzwerke
Klassische Netzwerke
Klassische Netzwerke sind im Alltag allgegenwärtig. Switches und Router übertragen Daten über Kupferkabel und Glasfasern. Die verwendeten Protokolle sind so ausgelegt, dass ein kontinuierlicher Datenverkehr auch bei nicht optimalen Signalen gewährleistet ist. Ein klassisches Netzwerk gilt als funktionsfähig, solange Anwendungen die benötigten Daten innerhalb einer akzeptablen Latenz abrufen können, ohne dass der genaue Zustand jedes einzelnen Signals gespeichert werden muss. Daten werden in solchen Netzwerken in klassischen Bits dargestellt. Bitverzerrungen oder -verluste durch Rauschen oder Signaldämpfung werden üblicherweise durch Fehlerkorrektur- und Wiederholungsmechanismen behoben.
Quantennetzwerke
Quantensysteme kodieren, speichern und verarbeiten Informationen in Quantenbits (Qubits), die sich in extrem empfindlichen Quantenzuständen befinden. Selbst geringfügige Störungen können Quantennetzwerke beeinträchtigen, weshalb höchste Übertragungsqualität unerlässlich ist. Diese strengen Qualitätsanforderungen ermöglichen es Quantencomputern unter anderem, komplexe Probleme zu lösen, die für klassische Computer unlösbar sind. Durch die Nutzung der Gesetze der Quantenmechanik adressiert das Quantencomputing anspruchsvolle Probleme mit einer Vielzahl von Variablen und widersprüchlichen Nebenbedingungen.
Praktische Designüberlegungen für Quantennetzwerke
Die Nachfrage nach hochpräzisen Qubits und rauscharmen Übertragungskanälen lenkt den Fokus der Quantennetzwerkentwicklung eindeutig auf die Wahrung der Integrität von Quanteninformationen während der gesamten Netzwerkübertragung. Im Folgenden sind die Kernanforderungen für den Einsatz von Quantennetzwerken aufgeführt:
1. Entwicklung von Verbindungen mit extrem geringen Verlusten
Physikalische Netzwerke, die die Verbindung zwischen Quantensystemen ermöglichen, benötigen Verbindungen mit minimalem Signalverlust und überragender optischer Leistung. Um diese Kriterien zu erfüllen, sind anspruchsvollere Faserdesigns als in Standardnetzwerken für die Produktion erforderlich, beispielsweise proprietäre Glaszusammensetzungen oder Hohlkernfasern. Diese fortschrittlichen Fasertypen reduzieren die Signaldämpfung und gewährleisten eine bessere Erhaltung der Quanteninformation bei der Übertragung über große Entfernungen.
2. Dedizierte Datenpfade für Quantendatenverkehr
Für eine vorhersehbare Leistung sind isolierte Übertragungswege ausschließlich für Quantendaten erforderlich. Ein praktikabler Ansatz ist der Einsatz eines eigenständigen physischen Netzwerks, das ausschließlich Quantendaten zugeordnet ist, analog zu separaten physischen Netzwerken für Backup- oder Speicherdaten. In dieser Architektur sind Server und Quantensysteme mit dualen Netzwerkanschlüssen ausgestattet. Diese Konfiguration ermöglicht eine gezielte Netzwerkoptimierung für Quantendaten, ohne dass alle Komponenten bestehender Produktionsnetzwerke grundlegend überarbeitet werden müssen.
3. Erweiterung von durchgängigen Quantensignalwegen
Quantennetzwerke umfassen zwei Ebenen: die Vernetzung verteilter Quantensysteme zwischen Gebäuden oder Städten sowie das interne Signalrouting innerhalb einzelner Quantengeräte. Ein Kontrollstapel befindet sich zwischen externen klassischen Netzwerken und der Quantenverarbeitungseinheit (QPU): Er empfängt den Datenverkehr klassischer Netzwerke, orchestriert Quantenoperationen und kommuniziert über Funkkabel (RF) mit der QPU.
In einem Quantencomputer verlaufen diese HF-Kabel in einen Kryostaten (eine kryogene Kühlkammer), dessen Inneres nahezu evakuiert und auf Temperaturen unterhalb der Weltraumtemperatur abgekühlt wird. Die Signale verlassen anschließend den Kryostaten, durchlaufen die Steuerungsanlage und werden in Glasfaserverbindungen eingespeist, die entfernte Quantensysteme miteinander verbinden. Jeder Abschnitt dieses Signalwegs erfordert spezielle technische Lösungen, um Quanteninformationen zuverlässig zu übertragen. Zu den zentralen technischen Herausforderungen gehören nahtlose Kabelübergänge zwischen unterschiedlichen Umgebungen: der Übergang von Standard-HF-Kabeln für Raumtemperatur zu speziell angefertigten Kabeln, die für extrem niedrige Temperaturen und nahezu Vakuum ausgelegt sind.
Zukunftssichere Netzwerke für das Quantenzeitalter
Quantennetzwerke ebnen den Weg für bahnbrechende Paradigmen in den Bereichen Datenübertragung, Cybersicherheit und Informationsnutzung und eröffnen Unternehmen und Institutionen beispiellose Möglichkeiten. Organisationen, die sich heute mit Quantennetzwerken und post-quantenmechanischer Cybersicherheit auseinandersetzen, werden sich in den kommenden Jahrzehnten einen entscheidenden Vorteil bei der nahtlosen Integration von Quantensystemen und dem langfristigen Schutz vertraulicher Daten sichern.
BeldenWir evaluieren aktiv neue Quantentechnologien und deren Auswirkungen auf bestehende Netzwerke und Betriebssysteme. Wir pflegen einen kontinuierlichen Dialog mit dem globalen Quanten-Ökosystem, kooperieren mit Branchenkollegen und spezialisierten Institutionen und treiben interne Forschungs- und Entwicklungsinitiativen voran, um unsere Teams und Kunden dabei zu unterstützen, die Anforderungen an den Aufbau quantenfähiger und quantensicherer Infrastrukturen vollständig zu verstehen.
Gestützt auf unser komplettes Portfolio an durchgängigen Konnektivitätslösungen sind wir bereit, Kunden beim Aufbau zukunftssicherer Netzwerke zu unterstützen, die sich kontinuierlich weiterentwickeln können, wenn Quantentechnologien in den kommerziellen Mainstream Einzug halten.
Veröffentlichungsdatum: 11. Juni 2026