Neuartige Quelle für Quantenlicht
Die abhörsichere Übertragung von Daten wird in einer zunehmend hypervernetzten Gesellschaft immer wichtiger. Sei es zum Schutz sensibler persönlicher Informationen oder zur Absicherung digitaler Infrastrukturen. Das Aufkommen von Quantencomputern stellt in diesem Zusammenhang jedoch eine Bedrohung für herkömmliche Verschlüsselungsmethoden dar, da diese auf mathematischen Algorithmen beruhen und von leistungsfähigen Quantencomputern potenziell geknackt werden können. Gleichzeitig lässt sich aber mit Hilfe der Quantenphysik eine vielversprechende Lösung in Form der Quantenschlüsselverteilung für diese Herausforderung finden. Die Quantenschlüsselverteilung stützt sich auf Prinzipien der Quantenmechanik und nutzt einzelne Lichtteilchen zur Verteilung eines kryptographischen Schlüssels, dessen Übertragung aufgrund fundamentaler physikalischer Gesetze sicher gegen Abhörversuche ist. Um solche Anwendungen voranzutreiben, werden praxistaugliche und nutzungsfreundliche Quantenlichtquellen benötigt.
Ziel des Verbundprojektes „Neuartige Quelle für Telekom-Einzelphotonen (NetiQueT)“ ist die Entwicklung einer Quantenlichtquelle, die weder ein aufwändiges Kühlsystem noch Ultrahochvakuumbedingungen für den Betrieb benötigt und zudem Lichtteilchen erzeugt, deren Wellenlänge ideal für die Quantenkommunikation per Glasfaser geeignet ist. Dazu wird ein völlig neuer Lösungsansatz auf Basis eines Rubidium-Atomdampfes erforscht. Der Atomdampf wandelt einen Laserstrahl, der aus vielen Lichtteilchen besteht in einen Strom einzelner Lichtteilchen um. Weiterhin werden die Forschenden spezielle Sender- und Empfängermodule für den Quantenschlüsselaustausch entwickeln, die auf die Besonderheiten der neuartigen Quelle hin optimiert sind und gleichzeitig auch eine Überwachung des Lichtteilchenstroms während des laufenden Betriebs ermöglichen. Die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems wird abschließend in einem anwendungsnahen Feldversuch demonstriert, bei dem in einem glasfaserbasierten Campusnetz Quantenschlüssel ausgetauscht werden.
Im Vorhaben wird eine neuartige Quantenlichtquelle entwickelt, die in Bezug auf ihre Anwendungsfreundlichkeit, Kompaktheit und auch Eignung für die Quantenkommunikation bisherigen Lösungen deutlich überlegen ist. Darüber hinaus besteht das Potenzial, dass die Quelle mit in der Entwicklung befindlichen Quantenspeichern und sogenannten Quantenrepeatern kompatibel ist. Beide Technologien sind essenzielle Bausteine für die langreichweitige Übertragung von Quanteninformation. Insgesamt leistet das Vorhaben somit einen wichtigen Beitrag, um die Hürden für den Einsatz und die Verbreitung der Quantenkommunikation abzusenken. Das Projekt trägt so dazu bei, Deutschlands technologische und digitale Souveränität im Bereich der abhörsicheren Übertragung für gesellschaftlich und wirtschaftlich relevante Anwendungsfälle nachhaltig zu stärken.