Aufbruch in die Quantenkommunikation

Die Digitalisierung durchdringt die gesamte Gesellschaft. Eine wichtige Aufgabe ist es bei allen Anwendungen, die Sicherheit der Daten und der Kommunikation zu gewährleisten. Die Quantenkommunikation bietet hierfür einen vielversprechenden Ansatz: Sie nutzt Quantenzustände als Informationsträger, die aufgrund fundamentaler physikalischer Gesetze weder kopiert noch unbemerkt mitgelesen werden können. Das Verbundprojekt „Quanten-Link-Erweiterung“ (Q.Link.X) entwickelt Methoden, Quantenzustände in Netzwerken über sehr große Entfernungen zu verteilen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert den neuen Verbund nun mit insgesamt 14,8 Millionen Euro in den nächsten drei Jahren. Die Sprecherfunktion haben Physiker der Universität Bonn. Maßgeblich mit dabei ist auch die Gruppe „Experimental Quantum Physics“ von LMU-Professor Harald Weinfurter.

„Das Ziel sind physikalisch abhörsichere Netzwerke auf der Basis von Glasfasern“, sagt der Leiter des Verbunds Professor Dieter Meschede vom Institut für Angewandte Physik der Universität Bonn. Dieser Paradigmenwechsel in der Daten- und Nachrichtenverschlüsselung, weg von algorithmischen Verfahren und hin zur Quantentechnologie, stößt jedoch an Grenzen: Bei der Übertragung der Quanteninformation mit Lichtteilchen (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 (englisch: „Wiederholstation“) sind in der Kommunikationstechnik Signalverstärker oder -aufbereiter. Sie empfangen die Signale und senden sie in aufbereiteter Form weiter, um die Reichweite eines Signals zu erhöhen und eine größere Entfernung zu überbrücken.

Das Verbundprojekt Q.Link.X soll nun die Entwicklung von solchen Quantenrepeatern vorantreiben. Mit drei verschiedenen technischen Plattformen, Quantenpunkten, Diamant-Farbzentren und einer Kombination atomarer und ionischer Systeme, sollen Übertragungsstrecken zunächst bis zu zehn oder 100 Kilometern realisiert werden und die Vorteile der jeweiligen Platformen einander gegenübergestellt werden. In Q.Link.X sollen erstmals nicht nur einzelne Komponenten eines Quantenrepeaters, sondern komplette Kommunikationsstrecken erforscht und entwickelt werden. „Eines unserer Ziele ist es, eine Verbindung über eine etwa 20 Kilometer lange Glasfaserstrecke zwischen unseren Labors in der Münchner Schellingstraße und dem Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching aufzubauen. Bislang haben wir eine stabile Testverbindung nur über etwa 400 Meter“, sagt LMU-Forscher Weinfurter. Die Arbeiten sollen die Technologie vorbereiten, um in späteren Phasen auch viel längere Strecken zu überbrücken.

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 deutlich steigern. Die Ergebnisverwertung in Deutschland soll durch Patente und Ausgründungen des Konsortiums gesichert werden. (Universität Bonn/LMU)