QuNET+DECODE

Motivation

Die Quantenschlüsselverteilung (engl.: quantum key distribution, QKD) ist eine solche Technologie und bietet die Chance auf langfristige Sicherheit, basierend auf den Gesetzen der Quantenphysik und Informationstheorie. Bisherige QKD-Systeme nutzen in der praktischen Umsetzung hierzu einen Satz von Einzelkomponenten zur Erzeugung, Modulation und Detektion von Licht. Dieser Ansatz ist kostenintensiv, verbraucht viel Platz in den Sende- und Empfangseinheiten und lässt sich schwierig zu größeren Stückzahlen skalieren. Abhilfe schafft eine Technologie aus der Telekommunikation: photonisch integrierte Schaltkreise. Ähnlich wie bei der integrierten Elektronik, werden in der integrierten Photonik alle Elemente auf einen Chip gepackt, so dass dieser in vielfacher Ausführung auf Wafern hergestellt werden kann. Es gibt zwar erste Ansätze, die Quantentechnologie mit der photonischen Integration zu verbinden, jedoch sind noch einige Schritte notwendig um beide Welten zusammenzuführen.

Ziele und Vorgehen

Im Verbundprojekt „Optimierter kohärenter Empfänger für CV-QKD Systeme“ (DECODE) wird ein Hochleitungsempfänger für die QKD mit kontinuierlichen Variablen (engl.: continuous variable quantum key distribution, CV-QKD) erforscht und entwickelt. Die CV-QKD benötigt sehr ähnliche Komponenten wie die bereits heute großflächig eingesetzte kohärente Telekommunikationstechnologie. Um die Brücke zwischen diesen beiden Welten zu schlagen und damit den Stand der Technik der Telekommunikation zu erreichen, werden verschiedene Bestandteile des Empfängers weiterentwickelt und auf die QKD optimiert. Hierzu gehört eine photonisch integrierte und anschließend digitale Verarbeitung beider Polarisationen des Lichts, so wie ein breitbandiger und extrem rauscharmer Transimpedanzverstärker wie auch ein zum Empfänger passendes CV-QKD-Protokoll. Die entstehenden Komponenten werden einzeln, so wie auch im CV-QKD-System getestet und abschließend im QuNet-Projekt als Gesamtsystem demonstriert.

Innovation und Perspektiven

Im Verbundvorhaben DECODE wird eine deutsche Wertschöpfungskette, bestehend aus Forschung – Komponenten – System, aufgebaut, welche die Grundbausteine für ein europäisches Quantenökosystem liefert. Der zu entwickelnde CV-QKD-Hochleistungsempfänger stellt in sich selbst und in seinen Komponenten einen wesentlichen Beitrag zu dieser Idee dar und wird seine Anwendung voraussichtlich in der derzeit geplanten europaweit angelegten Quantenkommunikationsinfrastruktur finden.