QuNET+LORELAY
LOw-noise and REliable LAser sources for continuous-variable quantum keY distribution
Programm Indentifizierungs Code: QuNet+
(Förderer: BMBF)
Laufzeit: Dezember 2022 - November 2025
Kooperation
ADVA Network Security GmbH (Berlin), Fraunhofer HHI (Berlin), Fraunhofer IIS (Dresden), Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, TOPTICA Photonics AG (Gräfelfing), Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, ficonTEC Service GmbH (Achim)
Thema
Ob beim Informationsaustausch zwischen Behörden oder bei der Übertragung privater Daten der Bürgerinnen und Bürger: Mit dem Bedeutungszuwachs digitaler Infrastrukturen ist in den vergangenen Jahren auch der Bedarf nach sicheren Verschlüsselungsverfahren zum Schutz sensibler Daten deutlich gestiegen und er wird in Zukunft noch weiter zunehmen. In diesem Zusammenhang ist insbesondere die Bedrohung durch künftige leistungsfähige Quantencomputer problematisch, da letztere heute als sicher eingeschätzte kryptographische Algorithmen brechen könnten. Doch die Quantenphysik bietet gleichermaßen auch Lösungsansätze. So existieren Methoden zum Austausch von kryptographischen Schlüsseln mittels Lichtquanten, die sogenannte Quantum Key Distribution (engl. QKD). Sie ist nachweislich sicher gegen Quantencomputer und kann sowohl in glasfaserbasierte optische Kommunikationsnetze als auch in Freistrahlsysteme wie die Satellitenkommunikation integriert werden. Allerdings sind noch große Forschungsanstrengungen zur Hardware notwendig, um QKD künftig praxistauglich einsetzen können.
Ziele und Vorgehen
Ziel des Vorhabens „Rauscharme Laser für Quantenschlüsselaustausch mit kontinuierlichen Variablen“ (QuNET+LORELAY) ist es, einen hochperformanten, speziell für die Quantenkommunikation optimierten Laser zu entwickeln und dessen Leistungsfähigkeit in entsprechenden QKD-Systemen zu demonstrieren. Dazu werden neue Lösungsansätze erforscht, sowohl für die halbleiterbasierten optischen Laserchips als auch für die Steuerungselektronik. Hierdurch kann eine extrem rauscharme und stabile Laseremission erreicht werden. Zudem werden die Forschenden ein hochpräzises und reproduzierbares automatisiertes Fertigungsverfahren entwickeln, um die Laserchips zu einem miniaturisierten Modul zu integrieren. Um die anspruchsvollen Aufgaben zu bewältigen, arbeitet im Vorhaben ein breit gefächertes Konsortium aus Forschungseinrichtungen, Universitäten und Industriepartnern gemeinsam an Lösungen.
Im Projekt wird ein kompakter und hochleistungsfähiger Laser für die Quantenkommunikation entwickelt. Gegenüber dem heutigen Stand der Technik lässt sich mit der vorgesehenen Lösung die Übertragungsdistanz von QKD-Systemen deutlich erhöhen, wodurch ein weitreichender Einsatz von quantensicheren Verschlüsselungsfahren in Kommunikationsnetzen ermöglicht wird. Gleichzeitig wird mit den Forschungsarbeiten des Vorhabens die Grundlage für eine vollständig nationale Wertschöpfungskette gelegt, sodass die verlässliche Herkunft der eingesetzten Komponenten zukünftig sichergestellt werden kann. Indem das Vorhaben in die QuNET-Initiative eingebettet ist, ergeben sich zudem signifikante Synergien mit anderen Forschungsprojekten in der Quantenkommunikation. Das Projekt trägt so dazu bei, Deutschlands technologische Souveränität bei der Einführung und Verbreitung quantenbasierter Kommunikationssysteme für gesellschaftlich und wirtschaftlich relevante Anwendungsfälle zu etablieren.
