Anwendungsszenarien der Quantenkommunikation

In der deutschen Grundlagenforschung zu Bauelementen von Quantenkommunikationssystemen – z. B. Einzelphotonenquellen, Empfängern, Quantenspeichern – wurden in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte erzielt. Um die Ergebnisse dieser Grundlagenforschung auch in Deutschland zu nutzen, ist es wichtig, sie in Richtung Anwendung weiterzuentwickeln.

Quantenkommunikation© vege / Fotolia

Zuwendungszweck

In der deutschen Grundlagenforschung zu Bauelementen von Quantenkommunikationssystemen – z. B. Einzelphotonenquellen, Empfängern, Quantenspeichern – wurden in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte erzielt. Um die Ergebnisse dieser Grundlagenforschung auch in Deutschland zu nutzen, ist es wichtig, sie in Richtung Anwendung weiterzuentwickeln. Ingenieurstechnisches Know-how dafür ist in Deutschland ebenfalls vorhanden. Dies muss nun genutzt werden, um Quanten-Bauelemente zum einen hinsichtlich ihrer Effizienz, Zuverlässigkeit und Kohärenzzeit weiter zu verbessern. Zum anderen müssen sie zu einem praktikablen, zuverlässigen Gesamtsystem verbunden und ihr effektives Zusammenspiel anhand von Teststrecken gezeigt werden.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) beabsichtigt daher die Förderung der Erforschung und Entwicklung von Technologien für eine langreichweitige glasfaserbasierte Quantenkommunikation, die den Stand der Forschung und Technologie dem Einsatz in praxistauglichen Kommunikationssystemen wesentlich näher bringt.

Bei der Förderung kommen der engen Zusammenarbeit von Unternehmen und Forschungseinrichtungen im universitären und außeruniversitären Bereich, der Anbindung kleiner und mittlerer Unternehmen sowie der nachhaltigen Stärkung der Wertschöpfungsketten am Standort Deutschland besondere Bedeutung zu.

Die Fördermaßnahme erfolgt im Rahmen des Forschungsrahmenprogramms der Bundesregierung zur IT-Sicherheit „Selbstbestimmt und sicher in der digitalen Welt“. Bei dem dort adressierten Forschungsschwerpunkt „Hightech für die IT-Sicherheit“ geht es um die technischen Voraussetzungen für eine zukunftsfähige IKT.

Gegenstand der Förderung

Gegenstand der Förderung sind innovative und risikobehaftete Ansätze für skalierbare Lösungen zur Quantenkommunikation mittels Quantenrepeatern, die geeignet sind, einen künftigen abhörsicheren Austausch von Informationen in Glasfasern über große Distanzen zu ermöglichen.

Demonstratorstrecke für Quantenkommunikation mittels Quantenrepeatern

Um Lösungsansätze der Quantenkommunikation im Hinblick auf die Tauglichkeit für künftige Anwendungen evaluieren zu können, ist der Aufbau von Testinfrastrukturen und -systemen sowie die Durchführung von Testmessungen erforderlich.

Gefördert werden soll daher ein (ggf. zwei) Verbundvorhaben mit dem Ziel, eine glasfaserbasierte (Telekommunikationsfasern) Demonstratorstrecke für die Quantenkommunikation mittels Quantenrepeatern aufzubauen. Im Mittelpunkt soll dabei ein leistungsfähiges Gesamtsystem stehen, das die folgenden Bereiche adressiert:

  • Aufbau mindestens eines Repeaterknotens (einschließlich Quantenspeicher und Bell-Messung)
  • Gewährleistung hoher Repetitionsraten und hoher übertragbarer sicherer Schlüsselraten bei Überbrückung einer möglichst großen Distanz
  • Ein- und Auskopplung in Glasfasern (ggf. Frequenzkonversion zwischen den für Quantenspeicher benötigten Photonen und dem Telekomband)
  • Verschränkungsverteilung über Repeaterknoten
  • Durchführen von Testmessungen und Austausch von Quanteninformation bzw. Quantenschlüsseln über die Demonstrationsstrecke (vom Sender über Repeaterknoten zum Empfänger)
  • Künftige Umsetzbarkeit des gewählten Lösungsansatzes in praxistaugliche Systeme (z. B. Integrierbarkeit, Miniaturisierbarkeit, Hybridisierung etc.)

Die Relevanz und Umsetzbarkeit aller Projektvorschläge soll sich durch die entsprechende Beteiligung bzw. Anbindung von Unternehmen in der Verbundstruktur widerspiegeln. Die skizzierten Lösungen müssen deutlich über den aktuellen Stand der Wissenschaft und Technik hinausgehen. Die im Projekt angestrebten Benchmarks (z. B. bei Speicherzeiten, Fidelität, Repetitions- und Schlüsselraten, überbrückbare Distanzen etc.) sind zu spezifizieren und in Relation zum aktuellen Forschungsstand zu setzen. Die angestrebten Benchmarks gehen in die Begutachtung ein.

Um Synergien zu nutzen, sollen in der Projektskizze Ressourcen für Kooperationen mit anderen Projekten aus dem Bereich Quantenkommunikation / Quantentechnologien vorgesehen werden, beispielsweise für gemeinsame Statusseminare und die Wissenschaftskommunikation (z. B. durch Workshops).

Infoveranstaltung

Die Informationsveranstaltung zur BMBF-Bekanntmachung "Anwendungsszenarien der Quantenkommunikation" findet am 25. April 2017 von 11.30 - 15.30 Uhr am ZiF - Zentrum für interdisziplinäre Forschung (Anfahrt) der Universität Bielefeld statt. Sie ist eingebettet in den Workshop „Sichere Kommunikation über Quantenkanäle“, kann jedoch gerne unabhängig davon besucht werden.

Auf der Informationsveranstaltung werden die Bekanntmachung vorgestellt und Informationen zur Skizzeneinreichung gegeben sowie die administrativen Anforderungen bei der Antragstellung erläutert.  Es besteht die Möglichkeit eigene Projektideen vorzustellen und sich mit möglichen Verbundpartnern zu vernetzen. Anschließend stehen Mitarbeiter des Projektträgers VDI/VDE Innovation + Technik GmbH für Fragen und weiterführende Gespräche zur Verfügung.

Eine Anmeldung ist bis zum 24. April 2017 möglich.

Weitere Informationen

Komplette Bekanntmachung des BMBF