On-Chip-Quelle für verschränkte Photonen
Lichtquanten, sogenannte Photonen, sind die Informationsträger der Quantenkommunikation und ermöglichen beispielsweise die sichere Übertragung von Informationen auf der Grundlage quantenphysikalischer Prinzipien. Durch die Verschränkung von Photonen wird es unter anderem möglich, Abhörversuche zu erkennen, da die Messung an einem Photon zu einer Veränderung am anderen führt. Quellen für verschränkte Photonenpaare im Frequenzbereich der verlustarmen Telekommunikationsbänder, sind für die Integration der Quantenkommunikation in die bestehende Glasfaserinfrastruktur und die damit verbundene Fernübertragung unerlässlich. Wenn diese Quellen zudem Photonen mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugen können, ist es möglich, Informationen an mehrere Empfänger zu übertragen, denen unterschiedliche Frequenzen zugewiesen wurden.
Ziel des Projektes „Miniaturisierte Verschränkunsquelle im Telekombereich auf Basis von AlGaAs-Bragg-Reflexions-Wellenleitern (VOMBAT)“ ist es, eine Quelle für verschränkte Photonenpaare zu entwickeln, bei der die benötigte Pumpquelle und die Erzeugung der verschränkten Photonenpaare in einem Chip integriert sind. Für die Erzeugung von Photonen mit Frequenzen, die den verlustarmen Telekommunikation entsprechen, wird eine Photonenpaarquelle auf der Basis des Materialsystems AlGaAs entwickelt und gefertigt. Für die Verteilung der Photonenpaare auf die verschiedenen Empfänger oder Frequenzen, wird erforscht, wie dies möglichst kompakt in einer integrierten photonischen Schaltung erfolgen kann, in welche die chipintegrierte Photonenpaarquelle eingebettet ist. Auch die technologischen Voraussetzungen für eine spätere kommerzielle Verwertung werden untersucht. Das Gesamtsystem wird in einer bestehenden Glasfaserstrecke getestet.
Die Miniaturisierung der Quantenkommunikation wird in Zukunft eine effiziente und kostengünstige Massenproduktion und damit einen breiten Einsatz in vielen Anwendungsbereichen ermöglichen. Durch die kompakte Bauweise und die Kompatibilität mit bestehenden Glasfasernetzen kann die geplante neuartige On-Chip-Quelle für verschränkte Photonenpaare zeitnah in der Praxis angewendet werden. Der Betrieb bei Raumtemperatur ermöglicht zudem einen Verzicht auf kosten- und energieintensive Kühlsysteme. Damit leistet das Projekt nicht nur einen wichtigen Beitrag zur Etablierung quantensicherer Übertragung in Deutschland, sondern auch zu nachhaltigen Informations- und Kommunikationssystemen.