Quantenpunkte für die verschränkungsbasierte Quantenschlüsselverteilung
In einer freien und selbstbestimmten Gesellschaft ist die vertrauliche Kommunikation von fundamentaler Bedeutung. Dazu gehören nicht nur der Schutz der Privatsphäre, sondern auch ein nachweisbar sicheres Kommunikationsnetzwerk, welches infrastrukturkritische Bereiche wie Logistik, Verkehr, Produktion, Energienetze oder Banken zuverlässig vor gefährlichen Cyber-Angriffen schützt. Die Sicherheit von IT-Infrastrukturen basiert heutzutage weitestgehend auf Annahmen über die Rechenleistung von klassischen Supercomputern. Die Entwicklung leistungsfähiger Quantencomputer könnte diese gängigen Verschlüsselungsverfahren in Zukunft jedoch unbrauchbar machen. Gleichzeitig ist die Si-cherheit von heute geteilten Daten durch sogenannte „harvest now, decrypt later“-Szenarien gefährdet. Einen vielversprechenden Lösungsansatz bietet die Quantenkommunikation. Schon heu-te sind erste kommerzielle Systeme für die sogenannte Quantenschlüsselverteilung (QKD, engl. quantumkey distribution) verfügbar, mit denen eine nicht algorithmische, sondern eine sichere Zweiparteienkommunikation möglich ist, die auf fundamentale physikalischen Prinzipien basiert. Für den Übergang zur Vernetzung verteilter Systeme, etwa in einem Quanteninternet, sind jedoch noch weitere grundlegende Entwicklungen notwendig. Eine zentrale Rolle spielen dabei Lichtquellen von sogenannten verschränkten Photonen. Aktuelle Lichtquellen auf Basis parametrischer Fluoreszenz beschränken jedoch die maximal erreichbare kryptographische Schlüsselrate - eine Hürde welche ohne grundlegenden Paradigmenwechsel nicht überwunden werden kann.
Im europäischen Projekt „Quantum Dots for Entanglement-based Quantum Key Distribution (QD-E-QKD)“ wird eine neuartige und vielversprechende Technologie zur verschränkungsbasierten Quantenschlüsselverteilung entwickelt und in ein realistisches städtisches Kommunikationsnetzwerk eingebunden und getestet. Ein zentraler Forschungsschwerpunkt der deutschen Partner ist dabei die Entwicklung einer Lichtquelle für verschränkte Photonen auf Basis von Halbleiter Quantenpunkten, welche die Grenzen gegenwärtiger Ansätze überwinden kann. Darüber hinaus soll ein hochgenaues und vielseitig einsetzbares Synchronisationssystem für die Quantenschlüsselverteilung entwickelt und demonstriert werden.
Die im Vorhaben geplante Technologie bildet einen grundlegenden Beitrag zur Entwicklung einer leistungsfähigen, verschränkungsbasierten Quantenkommunikation und ermöglicht den Einsatz der QKD in zukünftigen Kommunikationsnetzwerken. Durch die starke internationale Zusammenarbeit der Forschungseinrichtungen mit den Industriepartnern wird Europas Wettbewerbsfähigkeit und Souveränität in der Entwicklung zukünftiger Quantentechnologien frühzeitig und nachhaltig gestärkt.