Auf dem Weg zum Quanteninternet

Tobias Heindel ist neuer Professor für ,,Photonische Quantennetzwerke"

Die erste Berührung mit der Experimentalphysik hatte Tobias Heindel in der Oberstufe, als er im Physik-Leistungskurs des Gymnasiums Scheinfeld ein Projekt zum Thema Brennstoffzellen bearbeitete und es in Erlangen bei der "Langen Nacht der Wissenschaften" vorstellen durfte. Damals, so erinnert sich der gebürtige Mittelfranke, packte ihn die Begeisterung für das Fach. Aber auch die Themen Natur und Wetter faszinierten ihn. Meteorologie war als mögliche Berufsrichtung auf seiner Wunschliste. Aber spätestens, als er sein Abitur als einer der Besten in Physik ablegte, waren die Weichen gestellt: Er studierte das Fach an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg und promovierte später auch dort. Einige Stationen weiter im Lebenslauf folgte er kürzlich einem Ruf an die Universität Münster. Tobias Heindel leitet nun die Arbeitsgruppe "Photonische Quantennetzwerke" am Department für Quantentechnologie des Fachbereichs Physik und forscht an Bausteinen für das Quanteninternet sowie der Quantenkommunikation.

Dabei geht es unter anderem um Datenverschlüsselung. Klassische Verfahren basieren auf komplexen mathematischen Berechnungen, was sie prinzipiell angreifbar macht. In der Praxis ist das bei guten Verschlüsselungen zwar nahezu unmöglich, da die Rechenleistung heutiger Computer dafür noch nicht ausreicht. "Aber wie lange wird das noch gut gehen? Die Rechenkapazitäten selbst klassischer Superrechner steigen rapide an", betont Tobias Heindel. Er arbeitet daher mit seinem Team an Kommunikationssystemen der Zukunft, deren Sicherheit auf den Gesetzen der Quantenphysik beruht. Die Verschlüsselung basiert hier auf einzelnen "Lichtteilchen", auch Photonen oder Lichtquanten genannt.

"In klassischen Kommunikationsnetzwerken wird zwar ebenfalls Licht für die Datenkommunikation verwendet, jedoch mit hellen Laserpulsen, die unzählige Lichtteilchen enthalten", erklärt der Physiker. Dritte könnten unbemerkt einen Teil der Photonen abzweigen und so Informationen ,abfischen’. Ultimativ sicher werde ein Kommunikationsnetz erst, wenn für die Verschlüsselung einzelne Photonen eingesetzt werden. Tobias Heindel nutzt daher sogenannte Quantenlichtquellen. Diese können beispielsweise mit Halbleiter-Quantenpunkten oder Defekten in atomar dünnen Materialien realisiert werden, womit einzelne, aber auch mehrere verschränkte Lichtquanten auf Knopfdruck erzeugt und kontrolliert werden können.

Diese Zukunftstechnologien erprobt der 41-Jährige in Laborexperimenten und Feldversuchen. Aktuell arbeitet sein Team unter anderem an einer Quantenkommunikations-Teststrecke zwischen Jena und Erfurt. Auch für Münster hat Tobias Heindel große Pläne: Er möchte mit weiteren Arbeitsgruppen ein Quantennetzwerk aufbauen, das sich vom Center for Nanotechnology (CeNTech) über das Center for Soft Nanoscience (SoN) der Universität Münster bis zum künftigen Physikgebäude, der neuen "Institutsgruppe 1" (IG 1) erstrecken soll. Sein Ziel ist es, grundlegende Funktionen eines künftigen Quanteninternets in einer realistischen Testumgebung zu erproben. Dieses münstersche Quantennetzwerk soll Teil eines europaweiten Glasfasernetzes für die Quantenkommunikation werden.

Apropos: Auch die Wissenschaftskommunikation hat es Tobias Heindel angetan. Mit Doris Reiter von der TU Dortmund hat er kürzlich die "IOP Lise Meitner Medal and Prize 2025" des britischen Institute of Physics erhalten. Mit der Auszeichnung würdigen die Juroren das Projekt "QuanTour", bei dem eine Quantenlichtquelle durch Labore auf der Welt reist und das Thema Quantenphysik und -technologien für eine breite öffentlichkeit sichtbar macht, unter anderem auf einem eigenen Instagram-Kanal, durch eine begleitende Podcast-Reihe und öffentliche Veranstaltungen. "Wir wollen die Quantentechnologien nahbarer für die Gesellschaft machen und gleichzeitig zeigen, wie kooperativ Wissenschaft heute ist", beschreibt Tobias Heindel seine Motivation. Genau das treibe ihn an, den wissenschaftlichen Nachwuchs für seine Themen zu begeistern.

Momentan pendelt er noch häufig zwischen Münster und Berlin, wo er seit 2018 eine Nachwuchsforschungsgruppe an der Technischen Universität leitet. Demnächst steht aber der Umzug in die Region Münster mit seiner Frau und drei Kindern im Kitaund Grundschulalter an. Worauf er sich freut? "Ich finde es spannend, dass ich den Aufbau des neuen Departments für Quantentechnologie mit vorantreiben kann. Das ist etwas Besonderes. Es passiert nicht so häufig, dass an einem Fachbereich neue Strukturen entstehen und mitgestaltet werden können", unterstreicht er. Als Nordsee-Fan freut es ihn außerdem, dass die Fahrt zu seiner Lieblingsinsel Spiekeroog künftig nicht mehr ganz so lange dauern wird.

Autorin: Christina Hoppenbrock

Dieser Artikel stammt aus der Unizeitung wissen