Forschung & Entwicklung

Ultraschnelle Verteilung von Quantenschlüsseln

Im Rahmen eines BMBF-Projekts soll die Erzeugungsrate von Quantenschlüsseln in der optischen Quantenkommunikation signifikant erhöht werden.

Heutige Verfahren zur Quantenschlüsselverteilung (Quantum Key Distribution, QKD) nutzen Photonen als Informationsträger. Die Photonen werden dabei üblicherweise von einem Sender in geeigneter Weise erzeugt, zum Empfänger geschickt und dort mit einzelnen, höchst sensitiven Detektoren nachgewiesen und verarbeitet. Die Anzahl der parallel arbeitenden Detektoren beträgt üblicherweise 2 bis 4, was zu einer Beschränkung der möglichen Anzahl der pro Sekunde detektierbaren Photonen und damit der Schlüsselerzeugungsrate führt.

Im Rahmen des Projekts ‚Ultraschnelle Quantenschlüssel-Verteilung durch Parallelisierung der Detektionskanäle (QuPAD)‘, welches innerhalb der BMBF-Fördermaßnahme ‚Schlüsselkomponenten für Quantentechnologien‘ durchgeführt wird, haben sich die drei Partnern Entropy aus München, das Physikalische Institut der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) sowie PicoQuant aus Berlin verbunden mit dem Ziel, die Schlüsselerzeugungsrate in einem geeigneten QKD-Protokoll signifikant zu erhöhen.

Kern des von PicoQuant geleiteten Projekts ist die Erforschung von zwei neuartigen Komponenten, mittels derer einzelne Photonen in 64 parallel arbeitenden Kanälen höchsteffizient und präzise detektiert und verarbeitet werden können. Dies soll durch die Entwicklung eines Detektorarrays mit sehr hoher Einzelphotonenempfindlichkeit für die in der Praxis wichtigen Telekommunikationswellenlängen im Nahinfrarot (WWU Münster und Entropy) sowie einer dazu passende Elektronik zur pikosekundengenauen Bestimmung der Photonenankunftszeiten (PicoQuant) umgesetzt werden. Auf diese Weise entstehen viele unabhängig voneinander arbeitende, höchst sensitive Detektionskanäle in Form einer Matrix, mittels derer in einem geeigneten QKD-Protokoll Verschlüsselungsraten erzielt werden können, die um Größenordnungen höher sind als bisher möglich.

Durch den angestrebten modularen Ansatz lassen sich die Schlüsselkomponenten darüber hinaus in einer Vielzahl von Anwendungen in und neben den optischen Quantentechnologien, zum Beispiel bildgebende Verfahren in der Optik und Biologie, Detektion von Fertigungsfehlern in der Prozesstechnik, Deep Space Communication, LIDAR, aber auch in Anwendungen im Bereich der Erforschung des Quantencomputers einsetzen.

von mg

www.picoquant.com

www.uni-muenster.de

www.entropy-cryogenics.com

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