Vorerst keine Quantenstörungen in optischen Netzwerken

Im Internet werden immer mehr Daten über Glasfaser-Kabel übertragen. Dadurch wird es einem komplexen optischen Netzwerk immer ähnlicher. Solche Netzwerke könnten anfällig sein für störende Effekte der Quantentheorie. Diese Prozesse haben Physiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg gemeinsam mit Kollegen aus Israel untersucht.

Professor Dr. Jan Kantelhardt, der Doktorand Lukas Jahnke und israelische Kollegen konnten anhand von Computersimulationen zeigen, dass neben einer ungestörten Weiterleitung der Lichtwellen die Topologie des Netzwerks entscheidend ist. Wenn die Anzahl der Anschlüsse pro Computer im Netz einigermaßen gleich verteilt ist und es zudem viele Dreiecks-Verbindungen gibt, schlägt der Effekt der „Lokalisierung“ zu. Eine Ausbreitung der Lichtwellen über weite Distanzen wird dann unmöglich.

Dieser Effekt ist vergleichbar mit einem Übergang von metallischer Leitung zu Isolator-Verhalten bei bestimmten elektronischen Materialien. Beim Lichtwellennetz wird der Übergang aber durch die Netzwerk-Struktur, und nicht durch Unregelmäßigkeiten im Material ausgelöst. Der durch die Computersimulationen vorhergesagte Effekt müsste sich in optischen Experimenten mit Laserlicht experimentell nachweisen lassen, so die Physiker.

„Die heutige Technologie der Glasfaserkabel bewahrt nicht den quantenmechanisch notwendigen Zusammenhalt der Lichtwellen bei der Weiterleitung ins nächste Kabel", sagt Jan Kantelhardt. Die gute Nachricht sei aber, „dass der gefundene Effekt für das Internet zunächst keine Gefahr bedeutet.“

Die wesentliche Bedeutung der Forschungsergebnisse liegt vor allem in dem erweiterten Verständnis des „Lokalisierungs-Effekts“: Dazu nochmals Kantelhardt: „Für uns theoretische Physiker ist besonders die Analogie zum Metall-Isolator-Übergang spannend, denn so kann man mit einem optischen Netzwerk etwas über Vorgänge in elektronischen Bauelementen lernen.“ (dsc)