Das Quanteninternet ist kein Science-Fiction-Projekt mehr - es ist ein Forschungsprogramm mit Zeitplan, Fördermitteln und konkreten Meilensteinen. Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) hat gemeinsam mit der Universität des Saarlandes jetzt eine Technologie-Roadmap für Quantenrepeater vorgelegt. Das Dokument, entstanden im Rahmen des Schirmprojekts Quantenkommunikation Deutschland (SQuaD), benennt den Stand der Forschung, vergleicht konkurrierende technologische Ansätze - und setzt erstmals einen belastbaren Zeithorizont.
Für die produzierende Industrie ist das mehr als akademische Grundlagenarbeit. Wer heute Kommunikationsinfrastruktur plant, kritische Produktionsdaten schützen muss oder auf hochpräzise Messtechnik angewiesen ist, sollte verstehen, was Quantenrepeater leisten sollen - und wann.
Das Grundproblem: Quanteninformation lässt sich nicht einfach verstärken
Klassische Telekommunikation funktioniert, weil Signale unterwegs verstärkt werden können. Glasfasernetze nutzen Repeater, die das abgeschwächte Lichtsignal auffrischen und weiterleiten. Bei Quanteninformation ist das physikalisch ausgeschlossen: Quanteninformationen lassen sich aufgrund quantenmechanischer Prinzipien nicht beliebig kopieren oder verstärken - ein direktes Abbild des sogenannten No-Cloning-Theorems.
Die Folge: Bisherige Ansätze der Quantenkommunikation sind in Reichweite und Skalierbarkeit stark begrenzt. Quantensignale, die durch Glasfaserkabel gesendet werden, gehen über größere Distanzen verloren. Damit bleibt das Versprechen abhörsicherer Kommunikation auf kurze Strecken beschränkt - für großflächige industrielle Anwendungen oder nationale Infrastrukturen ist das keine tragfähige Basis.
Das No-Cloning-Theorem der Quantenmechanik besagt, dass ein unbekannter Quantenzustand nicht exakt kopiert werden kann. Das macht Quantenkommunikation einerseits inhärent abhörsicher — andererseits verhindert es die klassische Signalverstärkung.
Was Quantenrepeater leisten sollen
Quantenrepeater sind der technologische Schlüssel, um diese Reichweitenbeschränkung zu überwinden. Sie verteilen Quanteninformationen und Quantenverschränkung über weite Strecken - nicht durch Kopieren, sondern durch kontrollierte Weitergabe verschränkter Zustände. Quantenrepeater sollen die Verteilung von Verschränkung über große Distanzen ermöglichen und bilden damit die technologische Basis für ein künftiges Quanteninternet.
Die Roadmap des Fraunhofer ISI benennt drei Anwendungsfelder, die sich daraus ergeben:
- Quantensichere Kommunikation: Erweiterung der Reichweite von Quantum Key Distribution (QKD) - dem Verfahren, das Schlüsselaustausch physikalisch abhörsicher macht. Die Forscher sehen dies als wichtigste kurzfristige Anwendung.
- Verteiltes Quantencomputing: Langfristig könnten Quantenrepeater räumlich getrennte Quantencomputer miteinander verbinden und so verteilte Rechenkapazitäten erschließen.
- Quantensensornetzwerke: Hochpräzise Zeit- und Messsysteme, die für industrielle Automatisierung, Geodäsie oder Energieversorgung relevant werden könnten.
Photo: Jordan Harrison / UnsplashDie Roadmap: Meilensteine bis 2035 und darüber hinaus
Die Roadmap "Quantum Repeaters - A Technology Roadmap" basiert auf umfassenden Literaturrecherchen, Interviews sowie einem Experten-Workshop mit 22 Vertretern aus Wissenschaft und Industrie. Das Ziel war, den aktuellen Entwicklungsstand zu dokumentieren, zentrale Herausforderungen zu identifizieren und mögliche Entwicklungspfade aufzuzeigen.
Der Zeithorizont ist ehrgeizig, aber nüchtern formuliert. Kurzfristig erwarten die Forscher weitere Demonstrationen einzelner Komponenten und Netzwerkfunktionen. Noch vor dem Jahr 2035 soll die Demonstration von Quantenrepeatern gelingen, die Quanteninformationen mit geringeren Verlusten übertragen als direkte Verbindungen - das wäre der entscheidende Nachweis, dass Quantenrepeater tatsächlich einen Mehrwert gegenüber direkten Glasfaserverbindungen liefern. Langfristig, also nach 2035, stehen Demonstrationen vernetzter Quantencomputer und globaler Quantennetzwerke auf dem Programm.
Erstautor Dr. Lukas Weymann vom Fraunhofer ISI zieht eine klare Linie: Der Weg von heutigen Labor-Demonstrationen bis zu kommerziell einsetzbaren Quantenrepeatern werde noch lang sein. Er betont zugleich, dass die Fortschritte der vergangenen Jahre zeigen, dass das Feld erheblichen Schwung aufgenommen hat.
Kein dominanter Technologiepfad - und das ist Absicht
Ein zentrales Ergebnis der Roadmap ist die Feststellung, dass sich bislang keine dominante Hardware-Plattform durchgesetzt hat. Intensiv untersucht werden derzeit unter anderem Farbzentren in Diamant, gefangene Atome und Ionen, Seltenerd-Ionen sowie Quantenpunkte. Jeder Ansatz hat spezifische Stärken - bei Speicherzeiten, Effizienz oder Integrationsfähigkeit in bestehende Infrastrukturen - und spezifische Schwächen.
Die Empfehlung der Experten ist deshalb eindeutig: mehrere technologische Pfade parallel verfolgen. Das ist keine Verlegenheitslösung, sondern eine strategisch begründete Entscheidung. Wer zu früh auf eine Plattform setzt, riskiert, auf dem falschen Pferd zu sitzen, wenn sich die Physik anders entwickelt als erwartet.
Deutschland investiert - aber der Weg ist weit
Die Roadmap steht nicht im luftleeren Raum. Das Schirmprojekt SQuaD wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert und von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Kooperation mit dem Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) koordiniert.
Parallel dazu läuft seit Januar 2025 das Forschungsprojekt Quantenrepeater.Net (QR.N), das auf den Ergebnissen des Vorgängerprojekts QR.X aufbaut. QR.N wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt mit insgesamt 19,8 Millionen Euro gefördert. Als konkreter Meilenstein gilt die erste Technologiedemonstration eines Quantenrepeaters bis 2028 - definiert in der deutschen Hightech-Agenda.
Anfang 2026 startete zudem das Projekt "Technologien und Demonstratoren für Quantenrepeater (TD.QR)", das in 14-monatiger Laufzeit zentrale Repeater-Technologien entwickeln, optimieren und auf realen Strecken erproben soll. Das TD.QR-Projekt wird mit knapp 12,4 Millionen Euro vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt gefördert.
Auf europäischer Ebene arbeitet die Quantum Internet Alliance (QIA) mit mehr als 40 akademischen, industriellen und Forschungsorganisationen daran, bis 2030 ein funktionierendes Quanteninternet zu realisieren.
Was die Industrie jetzt tun kann
Für Unternehmen aus der produzierenden Industrie ergibt sich daraus eine klare Handlungslogik: Die kommerzielle Nutzung von Quantenrepeatern liegt noch in der Zukunft - aber die Weichen werden jetzt gestellt. Wer in sicherheitskritischen Bereichen tätig ist, sollte die Entwicklung der Quantenkommunikation aktiv verfolgen. Wer Infrastruktur plant, sollte prüfen, ob Glasfasernetze so ausgelegt werden können, dass klassische und Quantensignale parallel laufen - wie es die T-Labs der Deutschen Telekom im Berliner Testbed bereits erproben.
Die Roadmap des Fraunhofer ISI liefert dafür die sachliche Grundlage: keine Euphorie, keine Versprechungen - sondern eine nüchterne Bestandsaufnahme dessen, was technisch möglich ist, was noch fehlt, und welche Schritte als nächstes kommen.
Was ist ein Quantenrepeater?
Ein Quantenrepeater ist ein Gerät, das Quanteninformationen und Quantenverschränkung über große Distanzen verteilt — ohne die Quantenzustände zu kopieren oder zu zerstören. Er überwindet damit die physikalisch bedingte Reichweitenbeschränkung der Quantenkommunikation.
Was ist Quantenverschränkung und warum ist sie wichtig?
Quantenverschränkung beschreibt einen Zustand, in dem zwei Quantenteilchen so miteinander verbunden sind, dass der Zustand des einen unmittelbar Auskunft über den Zustand des anderen gibt — unabhängig von der räumlichen Distanz. Quantenrepeater nutzen dieses Prinzip, um Quanteninformation sicher weiterzuleiten.
Wann sind kommerzielle Quantenrepeater realistisch?
Die Fraunhofer-ISI-Roadmap erwartet vor 2035 die erste Demonstration von Quantenrepeatern, die Informationen mit geringeren Verlusten übertragen als direkte Verbindungen. Kommerziell einsetzbare Systeme liegen nach Einschätzung der Forscher noch deutlich weiter in der Zukunft.
Welche Anwendungen sind für die Industrie relevant?
Kurzfristig steht die Erweiterung der Reichweite abhörsicherer Kommunikation (QKD) im Vordergrund. Mittelfristig sind hochpräzise Quantensensornetzwerke für Messtechnik und Automatisierung relevant. Langfristig könnten Quantenrepeater verteiltes Quantencomputing ermöglichen.
