Quantennetzwerk für sichere Kommunikation

Abhörsichere Kommunikation ist von zentraler Bedeutung. Damit das künftig auch mit vernetzten Quantencomputern funktioniert, erprobt das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mittels einer neuen Glasfaser-Teststrecke die Quantenschlüsselverteilung.

Eröffnung der Glasfaser-Teststrecke in Karlsruhe (v.l.): Professor Sebastian Randel (KIT), Professor Marc Weber (Bereichsleitung B V, KIT), Professor Oliver Kraft (Vizepräsident Forschung, KIT), Professor Mario Ruben (KIT), Professor David Hunger (KIT) (Foto: Daryoush Djavadi/KIT)

Basierend auf einer neuen Glasfaser-Teststrecke am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die jetzt eröffnet wurde, wollen die Forschenden solche Quantenschlüssel übertragen, testen und weiterentwickeln. Darüber hinaus wollen sie ein Quantennetzwerk aufbauen, das unter anderem die Verknüpfung von Quantencomputern ermöglicht.

Die Forschenden nutzen Technologien wie hochkohärente Laser, um die Quantenschlüssel zu erzeugen und zu übertragen. Diese sind entscheidend für eine abhörsichere Kommunikation, da sie auf physikalischen Gesetzen basieren und nicht wie bisherige Schlüssel auf mathematischen Annahmen, die mit künftigen Quantencomputern gebrochen werden können.

Ultradünne Glasfaserleitung

Mit einer Länge von 20 Kilometern verbindet sie als quantenoptische Übertragungsstrecke speziell ausgestattete Labore mit aufwendigen Lasern und Kryostaten am Campus Süd und Campus Nord des KIT. Der lichtleitende Kern der Glasfaserleitung hat einen Durchmesser von nur neun Mikrometern. Ein menschliches Haar ist im Vergleich dazu etwa 60 Mikrometer dick.

Wichtige Plattform für Quantenforschung

"Wir haben nun mit der Glasfaser-Teststrecke eine Plattform, um die Quantenschlüsselverteilung weiterzuentwickeln, grundlegende Charakterisierungen durchzuführen und in die klassische Kommunikation zu integrieren", sagt Projektleiter Professor David Hunger vom Physikalischen Institut des KIT. Darauf aufbauend entwickeln die Wissenschaftler neuartige Übertragungsprotokolle für die Schlüssel. "Mit neuen Methoden wollen wir so die Quantenkryptographie effizienter und praktikabler machen. Hier arbeiten wir zum Beispiel mit KeeQuant zusammen, einem Startup-Unternehmen auf dem Gebiet der quantensicheren Kommunikation", führt Hunger aus. Mithilfe spezieller Materialien werden einzelne Lichtteilchen erzeugt und damit Übertragungsraten erhöht.

Aufbau eines Quantennetzwerks

Zusätzlich bauen die Forschenden in mehreren Schritten ein Quantennetzwerk auf, um das künftige Quanteninternet zu erforschen. Dabei fokussieren sie sich auf zwei wesentliche Schritte: Zum einen die Speicherung von Quanteninformation in speziellen Quantenspeichern und zum anderen die quantenmechanische Verschränkung der Speicher. Dies ermöglicht es, Quanten-Repeater zu realisieren, die Quanteninformation über große Distanzen übertragen können.

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