Aufbruch in die Quantentechnologie: Fraunhofer HHI beteiligt sich am BMBF-geförderten Verbundprojekt Q.Link.X

Repeater Perlot / Grafik: Quantum (PresseBox) ( Berlin, )
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.

„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 (Photonen) kommt es zu unvermeidbaren Leitungsverlusten, wodurch die Übertragungsstrecken bisher auf unter ca. 100 Kilometer begrenzt werden. Mit Quantenrepeatern (QR) soll diese Grenze ohne Sicherheitseinschränkungen überwunden werden. Repeater (englisch: Wiederholstationen) 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.

Das Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut HHI ist einer von 24 Partnern, die sich zusammengeschlossen haben, die Schlüsseltechnologien für Quantenrepeater zu erforschen. Das Ziel des Fraunhofer HHI ist die Bereitstellung einer anwendungsnahen Testumgebung aus verlegten Glasfasern, um QR-Komponenten, QR-Zellen und QR-Segmente zu testen, die im Verbund entwickelt werden. Hierfür werden die Labore des Fraunhofer HHI an verlegte Glasfasern angeschlossen. Im Rahmen des Projekts sollen zudem verbesserte Protokolle im Hinblick auf Wellenlängen-Multiplexing mit weiteren Quantenkommunikations- und klassischen Übertragungskanälen für bestehende Glasfaserkommunikationsnetze untersucht werden. Mit den drei verschiedenen technischen Plattformen der Quantenpunkte, Diamant-Farbzentren und einer Kombination atomarer und ionischer Systeme sollen Übertragungsstrecken zwischen zehn und hundert Kilometern realisiert werden und die Vorteile der jeweiligen Systeme einander gegenübergestellt werden. „In Q.Link.X wird erstmals ein Quantenrepeater entwickelt, der auf verlegten Glasfasern getestet wird. Das ist ein wichtiger Schritt bei der Überführung dieser Technologie in die Anwendung“, erklärt Prof. Dr. Ronald Freund, Leiter der Abteilung Photonische Netze und Systeme des Fraunhofer HHI.

Im Q.Link.X-Verbund haben sich Partner aus Forschungseinrichtungen von Universitäten bis zu Industrielaboren zusammengefunden. 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.

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 HHI, 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.
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