Extrem kleiner Chip für die Quantenkommunikation in Datenzentren
Cloud-Dienste erfreuen sich immer größerer Beliebtheit, sowohl in privater als auch in kommerzieller Nutzung. Mit der Beliebtheit steigt aber auch die Verantwortung, einen sicheren Transfer der Daten anzubieten. So wie in einem Cloud-Datenzentrum selbst in der Regel hohe Sicherheitsstandards herrschen, könnten auch Übertragungen zwischen Datenzentren und außerhalb künftig beispielsweise durch Quantenkommunikation geschützt werden. Hierfür braucht es datenzentrums-taugliche Quantenchips, die in Serverschränke integriert werden können und dabei möglichst wenig Platz benötigen, denn dieser ist im Datenzentrum eine wertvolle Ressource, um möglichst viel Speicherplatz in der Cloud anbieten zu können.
Solche platzsparenden Mikrochips für die Quantenkommunikation werden im Projekt „Rein siliziumbasierte monolithische Schaltungen zur Quantenschlüsselverteilung für Datenzentren“ (QISS ME) erforscht und entwickelt. Ziel des Forschungsteams ist es, einen vollständigen Sender für Quantensicherheitsschlüssel auf einer Chip-Fläche von weniger als einem Quadratmillimeter zu realisieren. Dazu setzen die Forschenden auf das Halbleitermaterial Silizium, das in der optischen Telekommunikation bisher wenig vorkommt, aber in der Chip-Herstellung etabliert ist. Auf Basis von Silizium werden im Projekt eine Quantenlichtquelle für den Telekommunikationsbereich und eine Kodiereinheit entwickelt, die das Licht moduliert, um damit Quantenschlüssel zu versenden. Beide Komponenten werden schließlich in einem mikroelektronischen Schaltkreis kombiniert und dessen Funktionsweise in verschiedenen Anwendungsfällen demonstriert, unter anderem im Datentransfer zwischen Hochleistungsrechenzentren.
In QISS ME soll erstmalig ein vollständiger Sender-Chip für Quantenschlüssel in Millimetergröße entwickelt und demonstriert werden. Der neuartige Ansatz, eine Lichtquelle auf einem Siliziumschaltkreis zu realisieren, hat das Potenzial, ein neues Zeitalter der sogenannten photonisch integrierten Schaltkreise für die Quantenkommunikation einzuleiten. Das Konzept eines vollständigen, monolithisch integrierten Senders dieser Größe ist nicht nur für die Quantenkommunikation eine Neuheit, sondern auch für die klassische Telekommunikation. Die extreme Miniaturisierung kann sowohl zu einer Reduktion der Produktionskosten als auch zu erhöhtem Interesse an Quantenkommunikation als IT-Sicherheitstechnologie führen und trägt somit langfristig zur Sicherung der technologischen Souveränität für Deutschland und Europa bei.