Mit Quantenrepeatern zu mehr Datensicherheit

Physiker der Universität Stuttgart maßgeblich an neuem Forschungsverbund zur Quantenkommunikation beteiligt
Bild: Universität Stuttgart / IHFG

Ein Kommunikationsnetz, das auf den Gesetzen der Quantenphysik beruht, ist wegen der physikalisch garantierten Abhörsicherheit ein wichtiger Ansatz für mehr Sicherheit beim wachsenden Austausch sensibler Daten.

Das Verbundprojekt „Quantenrepeater.Link“ (QR.X), das vom Bundesforschungsministerium mit rund 35 Millionen Euro gefördert wird, verfolgt dieses Ziel. Physiker der Universität Stuttgart sind maßgeblich an dem neuen Forschungsverbund zur Quantenkommunikation beteiligt.Die Teams um Prof. Peter Michler, Prof. Harald Giessen und Prof. Jörg Wrachtrup von der Universität Stuttgart betreuen Projekte in Höhe von 6,9 Millionen Euro.

Eine sichere Kommunikation spielt in unserer stark vernetzten Gesellschaft eine zentrale Rolle, wobei speziell die Abhörsicherheit hierbei zunehmend an Bedeutung gewinnt. Die Quantenkommunikation bietet hier eine Lösung an.

Durch unvermeidbare Leitungsverluste ist Quantenkommunikation derzeit jedoch auf wenige Hundert Kilometer begrenzt. Im Gegensatz zu konventioneller optischer Kommunikation können diese Verluste aber nicht durch Signalverstärkung kompensiert werden. Stattdessen kommen für Glasfaser-basierte Übertragungsstrecken von über 100 km sogenannte Quantenrepeater zum Einsatz, die große Distanzen erschließen, indem sie kurze Teilabschnitte mittels weiterer Quantenprozesse verknüpfen. Diese geschieht auf der Basis der Verteilung von speziellen Quantenzuständen, d.h. verschränkten Lichtteilchen (Photonen). Die Abhörsicherheit bei der Übertragung wird hierbei durch physikalische Gesetze sichergestellt.

Das Projekt

Die Erforschung, Entwicklung und Realisierung solcher Quantenrepeater für Glasfasernetzwerke ist das Ziel des Verbundprojekts Quantenrepeater.Link (QR.X), in dem unter der Federführung der Universität des Saarlandes 43 Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft zusammenarbeiten. Erstmals werden in diesem Rahmen nicht nur Laborexperimente mit Quantenrepeater-Elementen, sondern auch deren Funktion auf einer verlegten Glasfaserstrecke außerhalb des Laborrahmens erforscht. Des Weiteren werden fortgeschrittene Konzepte dieser Quantenrepeater-Technologien, z.B. Multiplexing, Quanten-fehlerkorrektur und Reinigen des Quantenzustands entwickelt und untersucht werden.

Projekte mit einem Umfang von 6,9 Millionen Euro in Stuttgart

Physiker der Universität Stuttgart haben den Verbund maßgeblich mitgestaltet, und sind mit Projekten im Umfang von 6.9 Millionen Euro beteiligt.

Eingebunden ist die Forschung in das Center for Integrated Quantum Science and Technology (IQST). Die Gruppe von Prof. Jörg Wrachtrup am 3. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart wird einen Quantenrepeaterknoten aus zwei Diamant-Farbzentren in einem feldtauglichen Demonstrator erforschen. Diese Arbeiten werden die Grundlagen für die Skalierbarkeit des Systems für Quantenkommunikationsanwendungen über große Distanzen schaffen.

In der Gruppe von Prof. Peter Michler am Institut für Halbleiteroptik und Funktionelle Grenzflächen werden ultrahelle Quantenlichtquellen bei Emissionswellenlängen im sogenannten Telekom C-Band (1.55 µm) entwickelt und erforscht. Mit Hilfe der Photonen dieser Quellen wird die fragile Quanteninformation zwischen den verschiedenen Knoten des Quantenrepeaters versendet.

Die Forschungsarbeiten von Prof. Harald Giessen und seiner Gruppe am 4. Physikalischen Institut schließlich beschäftigen sich mit der möglichst verlustarmen, hocheffizienten Einkopplung von Quantenlicht in Single-Mode Glasfasern. Diese Arbeiten stellen einen unverzichtbaren Schritt auf dem Weg zu praktischen Quantenkommunikationsanwendungen dar, da für die erfolgreiche Umsetzung dieser Technologie jedes Photon „zählt“.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Peter Michler, Universität Stuttgart, Institut für Halbleiteroptik und Funktionelle Grenzflächen, Tel. +49 711 685-64660, p.michler@ihfg.uni-stuttgart.de

https://www.uni-stuttgart.de/universitaet/aktuelles/meldungen/Mit-Quantenrepeatern-zu-mehr-Datensicherheit/

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Andrea Mayer-Grenu Abteilung Hochschulkommunikation
Universität Stuttgart

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