Komplexe Quantenzustände für leistungsfähigere Quantennetzwerke
In der Quantenkommunikation werden fundamentale physikalische Prozesse für die Übertragungssicherheit in Kommunikationssystemen genutzt. Mit dem Aufbau von Quantenkommunikationsnetzwerken kann diese neuartige Sicherheitstechnologie künftig einer Vielzahl von Anwendern zur Verfügung gestellt werden. Solche Netzwerke umfassen bisher aber nur wenige Kommunikationsparteien und zielen vorrangig auf die Übertragung von Sicherheitsschlüsseln ab. Quantennetzwerke können aber durch die Verteilung von sogenannten Mehrparteienzuständen auch Anwendungen ermöglichen, die weit über die bisher bekannte Quantenverschlüsselung hinausgehen und so die Grundlage für ein zukünftiges Internet der Quantengeräte legen. Mehrparteienzustände bestehen nicht wie bisher in Quantennetzwerken üblich aus zwei verschränkten Quantenteilchen, sondern können eine Verschränkung zwischen drei oder mehr Quanten herstellen. Sie sind jedoch sehr komplex und erfordern noch einiges an Forschungsarbeit, um in Anwendungen genutzt zu werden.
Im Projekt „Quantennetzwerke: Korrelationen und Kommunikation“ (QuKuK) werden Mehrparteienzustände für die Nutzung in Quantennetzwerken erforscht. Ausgehend von einer mathematischen Analyse der Quantenzustände in Netzwerken entwerfen die Forschenden neue Protokolle für die Quantenkommunikation und entwickeln Methoden zur Zertifizierung von Netzwerkparametern. Es werden unterschiedliche Netzwerktopologien im Hinblick auf eine optimale Verteilung von Quantenzuständen untersucht. Fehlerkorrekturverfahren dienen darüber hinaus der effizienten Erzeugung von Netzwerkzuständen mit hoher Güte. Auf den Theoriearbeiten aufbauend werden Konzepte zur Implementierung von Quantennetzwerken entwickelt und anhand erster Messungen optimiert.
Der Aufbau von Netzwerken zur Quanten-kommunikation ist von zentraler Bedeutung für die zukünftige technologische Entwicklung und kann weitreichende industrielle Umwälzungen verursachen. Die Forschungsarbeiten im Projekt tragen zur Steigerung von Sicherheit, Resilienz und Leistungsfähigkeit von Quantennetzwerken bei. Zudem geht das Projekt weit über die derzeitigen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen hinaus und die Ergebnisse ermöglichen einen systematischen Zugang zu Mehrparteiennetzwerken. Dies ist ein wichtiger Schritt hin zu einem zukünftigen Quanteninternet.