Zentrale Konzepte umfassen Qubits, Verschränkung, Entanglement-Swapping und Quantum Memories. Da das Kopieren von Quantenzuständen verboten ist (No-Cloning-Theorem), stehen Entanglement-Verteilung und Teleportation im Mittelpunkt, unterstützt durch Vorrichtungen wie photonische Quantenquellen, Detektoren und Speichermedien. Repeater-Knoten verbessern Reichweite, indem sie entfernte Teilstücke verschränken und die Entanglement-Verteilung rekursiv erweitern.
Architektur und Funktionsweise: Quantenkanäle bilden die Verbindungswege (optische Fasern, Freiraum). An jedem Knoten erfolgen die Generierung von Verschränkung, Entanglement-Swapping, Speicherung in Quantum Memories und gegebenenfalls Fehlerkorrektur. Da Quanteninformationen nicht klonbar sind, arbeiten Netzwerke mit heralded Success-Events und registrieren erfolgreiche Übertragungen über klassische Kanäle, um Synchronisation und Fehlerschätzung sicherzustellen.
Anwendungen: Sichere Kommunikation durch Quanten-Schlüsselaustausch (QKD) mit verbesserten Sicherheitsgarantien, verteiltes Quantenrechnen über mehrere Knoten und vernetzte Sensorik, die Quantenmesstechnik nutzen.
Herausforderungen und Stand: Hauptprobleme sind hohe Verluste in Übertragung, begrenzte Kohärenzzeiten, Dekohärenz und der Aufwand für Fehlerkorrektur. No-Cloning schränkt Verstärkung ein. Interoperabilität mit klassischen Netzen, Standardisierung und Skalierbarkeit bleiben Forschungsfelder. Seit dem 2010er-Jahre wurden Entanglement-Verteilungen in Glasfaser und Freiraum demonstriert; Satellitenverbindungen zeigten globale Reichweiten; Quanten-Repeater befinden sich in der Entwicklung.
Ausblick: Langfristig zielt das QuantenNetzwerk darauf ab, ein sicheres globales Kommunikations- und Rechennetzwerk bereitzustellen, in dem Quanteninformationen über weite Distanzen zuverlässig verteilt werden. Fortschritte in Quanten-Speichern, Quellen, Fehlerkorrektur sowie Standardisierung und Praxis-Integration sind dafür entscheidend.