Quantentoken auf Basis von Rubidium und Xenon
Für die künftige Sicherheit digitaler Infrastrukturen in unserer Gesellschaft ist die Quantenkommunikation ein wichtiger Baustein. In der Quantenkommunikation basiert der Austausch kryptografischer Schlüssel auf grundlegenden physikalischen Gesetzen, wodurch die Sicherheit auch bei Angriffen durch Quantencomputer gewährleistet bleibt. Neben einer sicheren Datenübertragung bietet die Quantenkommunikation auch neue Möglichkeiten, um Nutzende digitaler Systeme sicher zu authentifizieren und private Daten in einem Netzwerk sicher zu speichern. Sogenannte Quantentoken könnten in Zukunft all dies gewährleisten. Analog zu heute gängigen Security Token wie Bankkarten, Transpondern oder Transaktionsnummern sind Quantentoken als Authentifizierungslösung unter Nutzung quantenphysikalischer Eigenschaften denkbar. Auf dem Weg zur ihrer Realisierung gilt es für die Forschung, wichtige Schlüsselparameter quantenphysikalischer Systeme, beispielsweise Quantenspeicher, weiter zu verbessern und effiziente Einsatzmöglichkeiten zu finden.
Um Quantenkommunikationsmethoden z. B. für die sichere Authentifizierung von Systembenutzern mittels Quantentoken nutzbar zu machen, benötigt es einen langzeitstabilen und transportablen Quantenspeicher. Ziel des Projekts „Quantentoken auf Basis von Rubidium und Xenon (Q-ToRX)“ ist es daher, die Speicherzeit von Quanteninformation in Quantenspeichern bei Raumtemperatur bis in den Bereich von Stunden zu verlängern. Hierfür werden Gaszellen mit Xenon und Rubidium verwendet. So wird erforscht, wie sich die lange Speicherzeit von Xenon mit der effizienten optischen Schnittstelle von Rubidium kombinieren lässt. Parallel dazu wird in einem multidimensionalen Ansatz die Robustheit und technologisch einfache Realisierung des verwendeten Systems weiterentwickelt.
Die Speicherung von Lichtquanten als Träger von Quanteninformation in warmen atomaren Gasen ist von besonderem Interesse, da weder komplexe Kühlmechanismen noch große Magnetfelder erforderlich sind. Dies macht solche Quantenspeicher ideal für Feldanwendungen. Die Ergebnisse des Projekts sind darüber hinaus für eine Vielzahl von aktuellen Forschungsbereichen von hoher Bedeutung, in denen die Speicherung von Quanteninformation erforderlich ist, beispielsweise bei der Quantenverschlüsselung.