Aufbruch in die Quantentechnologie

BMBF fördert Verbundprojekt zur schnellen und abhörsicheren Kommunikation mit 14,8 Millionen Euro / JGU mit Teilprojekt zur Quantenkommunikation beteiligt

01.10.2018

Die Digitalisierung durchdringt unsere gesamte Gesellschaft – von Industrie 4.0 bis hin zu Gesundheitsanwendungen. Dabei gewinnen Datensicherheit und sichere Kommunikation an Bedeutung. Die Quantenkommunikation ist hierfür ein vielversprechender Ansatz: Sie nutzt Quantenzustände als Informationsträger, die aufgrund fundamentaler physikalischer Gesetze weder kopiert noch unbemerkt mitgelesen werden können. Diesen Aufbruch in die Quantentechnologie unterstützt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), indem es nun das Verbundprojekt "Quanten-Link-Erweiterung" (Q.Link.X) in den nächsten drei Jahren mit insgesamt 14,8 Millionen Euro fördert. Im zugehörigen Teilprojekt der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) wird sowohl experimentell als auch theoretisch zur Quantenkommunikation geforscht.

"Im Teilprojekt der JGU geht es experimentell um die Entwicklung sogenannter Defektzentren in Diamant als realistische Plattform für einen Quantenrepeater. Insbesondere sollen die Kohärenzzeiten von Silizium-Farbzentren erhöht werden, um eine ausreichende Speicherzeit in einem Quantenrepeater-Element demonstrieren zu können", erklären die Mainzer Projektleiter, Prof. Dr. Peter van Loock und Prof. Dr. Ferdinand Schmidt-Kaler vom Institut für Physik der JGU. "Im theoretischen Teil werden komplette Quantenrepeater-Systeme modelliert und simuliert, um vor allem die erreichbaren Leistungen der drei in Q.Link.X untersuchten Plattformen im Hinblick auf die experimentellen Demonstrationen und die zukünftigen Anwendungen vergleichen zu können."

Paradigmenwechsel in der Nachrichtenverschlüsselung

"Das Ziel sind Glasfaser-Netzwerke, die physikalisch abhörsicher sind", sagt der Sprecher des Q.Link.X-Verbundprojektes Prof. Dr. Dieter Meschede vom Institut für Angewandte Physik der Universität Bonn. Dieser Paradigmenwechsel in der Nachrichtenverschlüsselung weg von konventionellen Verfahren und hin zur Quantentechnologie stößt jedoch auf eine technologische Herausforderung: Bei der Übertragung der Quanteninformation mit Lichtteilchen, den Photonen, kommt es zu unvermeidbaren Leitungsverlusten, wodurch die Übertragungsstrecken bisher auf unter 100 Kilometer begrenzt werden. Mit Quantenrepeatern soll diese Grenze ohne Sicherheitseinschränkungen überwunden werden. Repeater sind in der Kommunikationstechnik Signalverstärker und -aufbereiter. Anders als diese Repeater muss der Quantenrepeater Signale verschiedener Teilstrecken aber mittels Quantenprozessen verknüpfen, um somit größere Distanzen zu überbrücken.

Q.Link.X soll nun die Entwicklung von solchen Quantenrepeatern vorantreiben, die Quantenspeicher und Quantenkoppler einsetzen. Diesen Aufbruch in die Quantentechnologie fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in den nächsten drei Jahren mit insgesamt 14,8 Millionen Euro. Mit Quantenpunkten, Diamant-Farbzentren und einer Kombination atomarer und ionischer Systeme als drei verschiedenen technischen Plattformen sollen Übertragungsstrecken zwischen zehn und 100 Kilometern realisiert werden und die Vorteile der jeweiligen Systeme einander gegenübergestellt werden. Die Arbeiten sollen die Technologie vorbereiten, um in späteren Phasen auch viel längere Strecken zu überbrücken. In Q.Link.X werden erstmals nicht nur einzelne Komponenten eines Quantenrepeaters, sondern komplette Kommunikationsstrecken erforscht und entwickelt.

Im Q.Link.X-Verbund haben sich 24 Partner aus Forschungseinrichtungen von Universitäten bis zu Industrielabors zusammengefunden, um die Schlüsseltechnologie der Quantenrepeater zu erforschen. Die enge Einbindung industrieller Partner und Berater soll die Realisierbarkeit aus industrieller und ingenieurstechnischer Sicht von vornherein erleichtern. Die Ergebnisverwertung in Deutschland soll durch Patente und Ausgründungen des Konsortiums gesichert werden.

24 Partner treiben gemeinsam "Q.Link.X" voran

Folgende Partner sind an dem Projekt beteiligt: Rheinische Friedrich- Wilhelms-Universität Bonn, Technische Universität München, Technische Universität Dortmund, HighFinesse Laser and Electronic Systems GmbH, Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut Berlin, Technische Universität Berlin, Universität Stuttgart, Universität Paderborn, Universität des Saarlandes, Freie Universität Berlin, Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Ruhr-Universität Bochum, Swabian Instruments GmbH, Leibniz Universität Hannover, Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching), Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Universität Bremen, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Universität Ulm, Humboldt-Universität zu Berlin, Universität Kassel, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Karlsruher Institut für Technologie und Ludwig-Maximilians-Universität München.