Vernetzte Quantenrepeater für die künftige Ende-zu-Ende-Sicherheit
Quantenkommunikation ist eine Schlüsseltechnologie für zukünftige Sicherheit in der Datenübertragung. Sie kann sowohl vor Attacken mittels moderner Computer als auch durch leistungsstarke Quantencomputer schützen. Dies wird möglich, da fundamentale physikalische Prinzipien die Sicherheit ausgetauschter Schlüssel garantieren. Für eine quantengesicherte Kommunikation über längere Distanzen werden sogenannte Quantenrepeater gebraucht. Diese können Quantenzustände sicher speichern und weiterverteilen.
Im Projekt "QR.N" planen die Verbundpartner, erstmalig Quantenrepeater-Strecken mit mehr als zwei Knoten zu demonstrieren und parallele Quantenkanäle unter Verwendung von Multiplexing einzurichten. Dazu entwickeln die Forschenden nicht nur Basiskomponenten für Quantenrepeater weiter, sondern erforschen auch deren Einsatz auf Teststrecken außerhalb universitärer Labore. Es soll ein Quantenvorteil bei der Übertragung erzielt und Fehlerkorrektur für leistungsstarke Quantenrepeater implementiert werden. Die im Projekt entwickelte Hardware basiert auf verschiedenen physikalischen Systemen: Atomen und Ionen, Halbleiter-Quantenpunkten und Farbzentren in Diamant. Diese werden um weitere Systeme für Quantenspeicher, beispielsweise Selten-Erd-Ionen ergänzt. Durch eine hybride Kombination der Hardware-Systeme und mit dem Einsatz systemübergreifender Protokolle sollen hardware-unabhängige Quantenrepeater entwickelt werden
Quantenrepeater sind eine wesentliche Schlüsselkomponente für künftige Quantennetzwerke. Mögliche Anwendungsfelder liegen zunächst in der quantensicheren Kommunikation, beispielsweise beim Schutz kritischer Infrastrukturen oder in der Behördenkommunikation. Perspektivisch können Quantenrepeater langreichweitige Quantennetze mit verschränkten Quantenzuständen ermöglichen bis hin zu europaweiten Dimensionen mit vielfältigen neuartigen Einsatzbereichen wie beispielsweise verteiltem Quantenrechnen.