Sichere Datenübertragung und Kommunikation durch kompakte Quantensysteme
Heute ist die digitale Kommunikation vermehrt Angriffen immer professioneller agierender Akteure ausgesetzt. Daher wird an einer sicheren Übertragungstechnologie geforscht, die Quantenzustände als Informationsträger nutzt (Qubits). Zur Erzeugung dieser Qubits sind Lichtquellen auf der Basis von Dotieratomen in Diamanten, sogenannte Farbzentren, bereits intensiv erforscht. Die praktische Umsetzung dieser Technologie ist jedoch noch schwierig. Dotieratome in Silizium sind aufgrund günstigerer Eigenschaften eine aussichtsreiche Alternative.
Ziel des Vorhabens ist es zwei kompakte, robuste und transportable Quantensysteme auf der Basis von dotierten Siliziumkristallen zu entwickeln und in der Größe eines 19-Zoll-Racks aufzubauen. Die Quantensysteme werden anschließend über Glasfasernetze in unterschiedlichen Entfernungen miteinander gekoppelt. Die Systeme sind jeweils in speziell konzipierte Resonatoren eingebettet, um die Qubits über einen längeren Zeitraum zu stabilisieren. Zugleich kann jeder Kristall mehrere solche Qubits beinhalten, die sich über eine Hochfrequenzelektronik separat ansteuern lassen, um so den Weg für kompakte und effiziente Quantensysteme zu bereiten.
Quantensysteme auf der Grundlage von dotiertem Silizium sind vielversprechende Kandidaten für eine effiziente, sichere Kommunikation. Sie bieten ein großes wirtschaftliches Potenzial, denn die Dotieratome in Silizium emittieren nicht nur direkt im Telekommunikationsbereich, auch die Fertigungsprozesse zur Herstellung von Siliziumbauelementen sind bereits etabliert. Die neue Technologie kann somit in absehbarer Zeit in den Markt eingeführt werden. Die Projektergebnisse schaffen eine wichtige Grundlage für die sichere, glasfaserbasierte Quantenkommunikation mit mehreren Teilnehmern. Im Rahmen des Vorhabens wird beabsichtigt, ein Start-up auszugründen. Damit kann ein wesentlicher Beitrag geleistet werden, der Quantenkommunikationsindustrie hierzulande zum Durchbruch zu verhelfen.