Quantenspeicher auf Mikrochips
In der Zukunft wird die Quantenkommunikation ein wichtiger Baustein für die Sicherheit digitaler Infrastrukturen in unserer Gesellschaft sein. In der Quantenkommunikation basiert der Austausch kryptografischer Schlüssel auf grundlegenden physikalischen Gesetzen, wodurch die Sicherheit auch bei Angriffen durch Quantencomputer gewährleistet bleibt. Neben einer sicheren Datenübertragung bietet die Quantenkommunikation auch neue Möglichkeiten, um Nutzende digitaler Systeme sicher zu authentifizieren und private Daten in einem Netzwerk sicher zu speichern. Sogenannte Quantentoken könnten in Zukunft all dies gewährleisten. Analog zu heute gängigen Security Token wie Bankkarten, Transpondern oder Transaktionsnummern sind Quantentoken als Authentifizierungslösung unter Nutzung quantenphysikalischer Eigenschaften denkbar. Auf dem Weg zur ihrer Realisierung gilt es für die Forschung, wichtige Schlüsselparameter quantenphysikalischer Systeme, beispielsweise Quantenspeicher, weiter zu verbessern und effiziente Einsatzmöglichkeiten zu finden.
Ziel des Verbundprojekts „Hybride Quantenspeicher zur Realisierung integrierter Quantentoken (HybridQToken)“ ist die Kombination von Quantentechnologie und konventionellen Mikrochips. Quantenspeicher auf Basis von Diamanten werden in optische Mikrochips eingesetzt und erforscht. So können hybride Quantentoken realisiert werden. Es wird ein modularisiertes, systemintegriertes und portables Quantentokensystem entwickelt, welches an bestehende Glasfasernetzwerke angeschlossen werden kann. Ein großer Nachteil von diamantbasierten Quantenspeichern ist deren sehr niedrige Betriebstemperatur, welche nur in speziellen Laboraufbauten erreicht werden kann. Im Projekt wird daher erforscht, wie die eingesetzten Temperaturen erhöht sowie die Speicherzeiten durch verschiedene Herstellungsprozesse und den Einsatz von Kontrollsequenzen gesteigert werden können. Eine weitere große Herausforderung besteht in der vollständigen Integration der Quantenspeicher in klassische Mikrochiptechnologie. Es müssen neue Methoden entwickelt werden, welche eine komplette Kontrolle, von der Speicherung bis zum Auslesen, auf dem Chip erlauben. Die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems wird anschließend evaluiert.
In HybridQToken werden Quanten- und konventionelle Technologien vereint, um ein hybrides System zu erhalten, welches die Vorteile beider Welten vereint. Während die Quantentechnologie hierbei die Sicherheit der Nutzenden garantiert, erlaubt der Einsatz von klassischer Chip-Technologie die Herstellung des fertigen Systems in großen Stückzahlen auf Basis etablierter Industriestandards. Hierdurch wird die Grundlage für großflächig einsetzbare Quantentoken geschaffen. Damit leistet das Vorhaben langfristig einen essenziellen Beitrag zum Aufbau von Quantenkommunikationsinfrastrukturen zur abhörsicheren Übertragung von Daten und damit für die technologische und digitale Souveränität Deutschlands und Europas.