Studie beleuchtet aktuellen Stand, technologische Ansätze und mögliche Entwicklungsschritte von Quantenrepeatern:
Quantenrepeater gelten als zentraler Baustein für zukünftige Quantennetzwerke. Bislang stellt die Kontrolle, Speicherung und Verteilung von Quanteninformation und Verschränkung eine große Herausforderung dar. Anders als klassische Telekommunikationssignale kann Quanteninformation aufgrund quantenmechanischer Gesetzmäßigkeiten nicht beliebig kopiert oder verstärkt werden. Dadurch stoßen heutige Ansätze der Quantenkommunikation bei Reichweite und Skalierbarkeit an ihre Grenzen. Quantenrepeater könnten hier künftig eine Lösung bieten: Sie sollen Quanteninformation und Verschränkung über große Distanzen verteilen und damit Anwendungen wie quantensichere Kommunikation mittels Quantenschlüsselverteilung (engl. Quantum Key Distribution, QKD), verteiltes Quantencomputing oder Quantensensornetzwerke über weite Entfernungen ermöglichen. Sie gelten daher als wesentliche Voraussetzung für leistungsfähige Quantennetzwerke der Zukunft.
Vor diesem Hintergrund hat das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) gemeinsam mit der Universität des Saarlandes (UDS) im Rahmen des Schirmprojekts Quantenkommunikation Deutschland (SQuaD) eine neue Technologie-Roadmap veröffentlicht. Diese analysiert den aktuellen Stand der Forschung, vergleicht unterschiedliche technologische Ansätze und skizziert mögliche Entwicklungsschritte hin zu zukünftigen Quantenrepeatern. Grundlage der Roadmap sind eine umfassende Analyse der wissenschaftlichen Literatur sowie Einschätzungen von 22 Expert:innen aus Wissenschaft und Industrie, die durch Einzelinterviews und einen Online-Roadmapping-Workshop erhoben wurden. Ziel des Roadmapping-Prozesses war es, den technologischen Entwicklungsstand zu erfassen, zentrale Herausforderungen zu identifizieren und mögliche Entwicklungspfade aufzuzeigen.
Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Forschung auf diesem Gebiet weltweit dynamisch entwickelt. So konnten Arbeitsgruppen in den vergangenen Jahren wichtige Fortschritte bei zentralen Repeater-Funktionen erzielen. Gleichzeitig befindet sich das Technologiefeld noch in einem frühen Entwicklungsstadium. Ein kommerziell nutzbarer Quantenrepeater, der Verschränkung effizienter über große Distanzen verteilen kann als eine direkte Übertragung, dürfte daher noch mehrere Jahre entfernt sein. Derzeit werden verschiedene Hardware-Plattformen intensiv erforscht, darunter Farbzentren in Diamant, einzelne Atome und Ionen sowie deren Ensembles, Seltenerd-Ionen oder Quantenpunkte. Bisher hat sich keine dieser Plattformen eindeutig durchgesetzt. Stattdessen weisen die unterschiedlichen Ansätze jeweils spezifische Stärken und Schwächen auf, etwa hinsichtlich Speicherzeiten, Effizienz, Skalierbarkeit oder Integrationsfähigkeit. Die Autor:innen sehen daher gute Gründe, mehrere technologische Pfade parallel zu verfolgen. Auch hybride Systeme, die unterschiedliche Plattformen miteinander kombinieren, könnten perspektivisch an Bedeutung gewinnen.
Bis zu einem breiten Einsatz von Quantenrepeatern sind jedoch noch erhebliche wissenschaftliche und technologische Herausforderungen zu bewältigen. Dazu zählen unter anderem die Steigerung der Effizienz, die Verlängerung der Speicherzeiten, höhere Übertragungsraten, die Integration in bestehende Telekommunikationsinfrastrukturen sowie Standardisierung und industrielle Skalierung. Dennoch erwarten die Forschenden in den kommenden Jahren weitere Demonstrationen einzelner Komponenten und Netzwerkfunktionen. Noch vor 2035 könnten erstmals Quantenrepeater demonstriert werden, die Verschränkung bzw. Quanteninformation über große Entfernungen mit geringeren Verlusten übertragen als direkte Verbindungen. Dies wäre ein bedeutender Meilenstein auf dem Weg zu leistungsfähigen Quantennetzwerken.
Quellennachweise: https://www.isi.fraunhofer.de/de/presse/2026/presseinfo-12-quanteninformation-ueber-grosse-distanzen.html; https://www.linkedin.com/posts/fraunhoferisi_how-can-quantum-information-be-transmitted-activity-7488505378968604672-vzaL/?utm_source=share&utm_medium=member_desktop&rcm=ACoAADSzuCQBOAdSaUa850kDF-Ysbt1C6WM-_r4