Aufbau von Einzelphotonenquellen für die abhörsichere Telekommunikation
Im Rahmen der Hightech-Strategie wird Forschung zur Sicherheit und Zuverlässigkeit der Netze gefördert. Einzelphotonenquellen (EPQ) sind eine Schlüsseltechnologie für die Realisierung prinzipiell abhörsicherer Telekommunikation und damit eine Basistechnologie mit hoher gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Relevanz.
Voraussetzung für die abhörsichere Übertragung von Informationen durch Glasfasern ist die Erzeugung einzelner Photonen. In bisher angewandten Systemen erfolgt dies durch die Abschwächung von Laserpulsen, was nur sehr geringere Schlüsselraten erlaubt. Abhilfe kann hier die kontrollierte Erzeugung einzelner Photonen schaffen. Weltweit wurden bereits verschiedenste Arten von Einzelphotonenemittern realisiert. Ein kommerzieller und breitenwirksamer Einsatz von EPQ im Bereich der abhörsicheren Kommunikation wird bislang durch die Komplexität und Größe des Aufbaus, die Justageempfindlichkeit, die hohen Kosten und das notwendige Wissen bei der Betreibung solcher Quellen verhindert. Zudem erfüllen die derzeit in Forschungslaboratorien betriebenen EPQ nicht die Anforderungen hinsichtlich Effizienz, Zuverlässigkeit und Definiertheit der Photonenemission in Bezug auf Wellenlänge, Zeitverhalten und Photonenstatistik. Im Vorhaben werden daher die aussichtsreichsten Methoden gezielt weiterentwickelt und prinzipiell neue Verfahren untersucht.
Ziel des Projektes ist es, mit Hilfe neuartiger Ansätze Einzelphotonenquellen für die abhörsichere Telekommunikation aufzubauen, die Einzelphotonenquellen hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit für Quantenkryptographieanwendungen zu charakterisieren und die Realisierungsmöglichkeiten unterschiedlicher im Vorhaben verfolgter Ansätze zu bewerten.
Der Nutzer des Internets erwartet, dass die Übertragung der von ihm als vertraulich eingestufter Daten so erfolgt, dass unbefugte Dritte diese nicht lesen können. Dies gilt insbesondere bei finanziellen Transaktionen, wo Sicherheitslücken zu erheblichen finanziellen Schädigungen führen können. Vollständig abhörsichere Informationsübertragung wird das Vertrauen des Nutzers in die Sicherheit des Internets festigen bzw. wieder herstellen und dazu beitragen, dass das Vertrauen in diese relativ junge Technologie nicht zunehmend durch kriminellen Missbrauch zerstört wird.
Die Herstellung von Einzelphotonenquellen für die abhörsichere Telekommunikation soll durch den Aufbau von Diamant-basierten EPQ mit schmalbandiger Emission für Tageslicht-Anwendung bei Raumtemperatur, den Aufbau von elektrisch gepumpten EPQ auf der Basis von Halbleiternanostrukturen und lumineszierenden Zentren in Halbleitern sowie durch die Herstellung und Charakterisierung von neuartigen Einzelphotonen-Emittern auf Basis von Gruppe III-Nitrid-Nanodrähten auf verschiedenen Substraten erfolgen. Die EPQ werden quantentheoretisch und messtechnisch hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit für Quantenkryptographieanwendungen charakterisiert.