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Humboldt-Universität und TU München gewinnen BMBF-Wettbewerb „Grand Challenge der Quantenkommunikation“ mit einer Laufzeit von drei Jahren.
Wirtschaft und Gesellschaft sind abhängig von digitalen Infrastrukturen. Je stärker der Grad der Vernetzung, desto drängender wird die Frage: Wie können wir unsere digitalen Infrastrukturen bestmöglich schützen? Insbesondere mit Blick auf die Herausforderung, dass Quantencomputer bisher gebräuchliche Verschlüsselung hinfällig machen könnten.
Ein wichtiger Baustein für die Sicherheit digitaler Infrastrukturen wird in Zukunft die Quantenkommunikation sein. Ein bisher wenig erforschter Aspekt von Quantenkommunikation sind sogenannte Quantentoken, die analog zu heute gängigen Security Token wie Bankkarten oder Transpondern eine quantenbasierte und damit deutlich sicherere Authentifizierung ermöglichen sollen. Bis zu ihrem Einsatz müssen jedoch wichtige Schlüsselparameter quantenphysikalischer Systeme, wie beispielsweise Quantenspeicher zum Speichern von Quantentoken, weiter erforscht und verbessert werden.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat dafür den Wettbewerb Grand Challenge der Quantenkommunikation gestartet, der die anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung in diesem Technologiebereich fördern und beschleunigen will. Das Verbundprojekt „Quanten-Photonisch Integrierter Skalierbarer Speicher (QPIS)“ der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) und der Technische Universität München (TUM) konnte sich nun im Wettbewerb für die zweite Förderphase gegen fünf andere Konsortien durchsetzen. QPIS erhält für weitere drei Jahre eine Anschlussförderung, um den Ansatz einer hocheffizienten und skalierbaren Quantenspeicherarchitektur für Quantentoken weiter umzusetzen.
Das Verbundprojekt QPIS
„Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer Architektur für einen hocheffizienten Quantenspeicher, der direkt in bestehende Quantenkommunikationsnetzwerke integriert werden kann, in denen die Quanteninformation in Form von einzelnen Lichtteilchen übertragen wird. Dadurch können Quantentoken realisiert werden, die durch die hochintegrierte Architektur der breiten Anwendung einer sicheren Authentifizierung den Weg bereiten können. Dabei liegt der Fokus der HU zum einen auf der Entwicklung der Quantenspeicherarchitektur in Diamant und auf der Entwicklung theoretischer Aspekte von Quantentoken“, so Prof. Dr. Tim Schröder, Koordinator des Verbundprojekts QPIS und Leiter der Arbeitsgruppe Integrierte Quantenphotonik am Institut für Physik der HU sowie des Joint Lab Diamond Nanophotonics am Ferdinand-Braun-Institut. Neben Tim Schröder arbeiten im Projekt Dr. Gregor Pieplow, HU-Nachwuchswissenschaftler, der den theoretischen Teil des Forschungsprojekts leitet und Prof. Dr. Kai Müller von der TUM, der ein neuartiges Messsystem entwickelt, das als Teil der Quantenspeicherarchitektur die einzelnen Lichtteilchen vermessen kann.
Das Konzept kombiniert photonisch integrierte Schaltkreise (PIC) mit Farbzentren in Diamant. Die optisch aktiven Farbzentren sind dabei in kleinste Resonatoren eingebettet, in denen jeweils ein quantenmechanischer Zustand kodierbar ist, ein sogenanntes Quantenbit (Qubit). Eine Kerninnovation des Projekts ist das sehr effiziente Koppeln einzelner Lichtteilchen an diese Farbzentren. Zusammen mit dem PIC, in das supraleitende Einzelphotonendetektoren eingebaut sind, wird die gezielte Speicherung und Auslese dieser Qubits—also des Quantenspeichers—ermöglicht. Der theoretische Teil der Forschung zielt auf ein tieferes Verständnis und der Reduktion der sogenannten Dekohärenzmechanismen im Quantensystem, also auf Prozesse, die zu einem unerwünschten Zerfall der quantenmechanischen Zustände beitragen und so die Speicherdauer der Zustände reduziert. Die kodierte Information in diesen Qubits geht durch diese Prozesse somit verloren. Daher sollen theoretische Untersuchungen Anhaltspunkte zu Strategien liefern, um die Speicherdauer, Effizienz und Speicherkapazität der Quantensysteme zu verbessern.
Prof. Dr. Tim Schröder
Integrated Quantum Photonics
Institut für Physik an der Humboldt-Universität zu Berlin
tim.schroeder(at)physik.hu-berlin.de
https://www.forschung-it-sicherheit-kommunikationssysteme.de/foerderung/bekanntm...
https://www.forschung-it-sicherheit-kommunikationssysteme.de/projekte/qpis
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wissenschaftler, jedermann
Informationstechnik, Mathematik, Physik / Astronomie
überregional
Forschungsprojekte, Kooperationen
Deutsch
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