Quantenmodul für den Einsatz in Glasfasern
Die Digitalisierung unserer Gesellschaft nimmt stetig zu und damit auch die Menge an persönlichen Daten. Damit diese abhörsicher übertragen werden können, bedarf es neuer und leistungsstarker Lösungen. Aktuelle Verschlüsselungsverfahren basieren auf der endlichen Rechenleistung heutiger Rechner und sind daher durch technologische Weiterentwicklungen potenziell entschlüsselbar. Die Quantenkommunikation bietet hingegen einen einzigartigen alternativen Ansatz. Es werden dabei Daten mittels einzelner Lichtquanten, sogenannter Photonen, per Glasfaser übertragen. Die Sicherheit wird dabei durch die Gesetze der Physik garantiert. Für den praktischen Einsatz werden jedoch einfach nutzbare Systeme mit höhere Datenraten benötigt, als es sie derzeit gibt.
Im Vorhaben „Multicore-Faser Einzelphotonenemitter-Modul“ (MultiCoreSPS) werden innovative Quantenchips für die Quantenkommunikation mit hoher Übertragungsrate entwickelt. Die Module bestehen aus halbleiterbasierten Einzel-photonenquellen, welche direkt an mehrkernige Glasfasern gekoppelt werden. So können erstmals gleichzeitig mehrere Quantenkanäle und klassische Kanäle für die sichere Informationsübertragung mit höchster Datenrate genutzt werden. Mittels modernster Herstellungsverfahren werden alle benötigten Komponenten zur elektrischen und optischen Ansteuerung direkt auf dem Chip integriert. Der zu entwickelnde Chip wird anschließend in ein kompaktes Kühlsystem integriert, welches benötigt wird, um störende Umwelteinflüsse zu minimieren. Die Herstellungsverfahren werden so weiterentwickelt, dass Licht bei 1300 Nanometern, dem sogenannten Telekom O-Band, emittiert wird. Hierdurch können die Signale über Distanzen von bis zu 100 Kilometern übertragen werden. Das fertig entwickelte Modul kann anschließend einfach an Glasfasernetze angeschlossen und genutzt werden. Die eingesetzten Herstellungsverfahren sollen dabei auf Ihre Kompatibilität mit gängigen Industrieverfahren angepasst werden.
Das im Rahmen des Vorhabens entwickelte kompakte Modul kann von Nutzern einfach angeschlossen werden und erlaubt dabei sehr hohe Datenraten. So können Quantentechnologien perspektivisch großflächig in der bestehenden Telekommunikationsinfrastruktur eingesetzt werden. Damit leistet das Vorhaben einen essenziellen Beitrag zum Aufbau von Quantenkommunikationsinfrastrukturen und der technologischen sowie der digitalen Souveränität Deutschlands und Europas. Durch die Berücksichtigung der industriell möglichen Prozesse während der Entwicklung soll das die entwickelten Komponenten mittelfristig zu einem vermarktbaren Produkt weiterentwickelt werden. Dies ist ein entscheidender Schritt zur kommerziellen Umsetzung von Quantenkommunikationstechnologien am Hochtechnologiestandort Deutschland.