Quantenkommunikation Photonenquelle auf Schubladengröße gebracht

Abhörsichere Datenübertragung per Licht ist theoretisch über Quantenkryptografie möglich. An der TU Berlin wurde für die Methode nun die erste praxistaugliche Photonenquelle entwickelt.
Abhörsichere Datenübertragung per Licht ist theoretisch über Quantenkryptografie möglich. An der TU Berlin wurde für die Methode nun die erste praxistaugliche Photonenquelle entwickelt.

Die TU Berlin hat die erste Photonenquelle für Quantenkommunikation in praxistauglicher Größe entwickelt. Damit vereinfacht sich die Forschung an sicherer Datenübertragung.

Was bisher ein ganzes Labor erforderte, ist jetzt als Plug&Play-Gerät für die Haushaltssteckdose zu haben. Entwickelt wurde die Photonenquelle »Q-Source« von der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Stephan Reitzenstein am Institut für Festkörperphysik der TU Berlin. Sie erzeugt einzelne Lichtquanten, die als Informationsträger in den Quantenkommunikation genutzt werden können.

Systemaufbau: künstliches Atom und Mikrolinse

»Das System beruht auf einem sogenannten künstlichen Atom, also einem Quantenpunkt, auf einem Halbleiterchip«, sagt Reitzensteins Mitarbeiter Dr. Tobias Heindel. »Genau über diesem Quantenpunkt können wir in einer von uns entwickelten einzigartigen Technik eine Mikrolinse anbringen. Diese Linse sammelt die von dem Quantenpunkt ausgesandten Photonen effizient ein, sodass wir später eine hohe Datenübertragungsrate in der Quantenkommunikation realisieren können.«

Über die Mikrolinse gelangt das Photon in ein präzise zum Quantenpunkt positioniertes Glasfaserkabel und kann so über große Distanzen übertragen werden. Um die notwendige tiefe Temperatur innerhalb der Photonenquelle zu erreichen – nur einige zehn Grad oberhalb des absoluten Nullpunkts von –273,15 °C – reicht ein kommerzieller und kompakter Stirling-Kühler.

Schneller zur Quantenkryptografie

Von der Forschungsarbeit der Berliner Wissenschaftler werden in Zukunft vermutlich Arbeitsgruppen weltweit profitieren. Statt eines aufwendigen Laboraufbaus mit Heliumkühltechnik können sie eine Photonenquelle nutzen, die in den Einschub eines 19-Zoll-Racks passt.

Entwickler von quantenkryptografischen Kommunikationskanälen könnten hier schon ihre zukünftige Standard-Photonenquelle gefunden haben. Finanziert wurden die Arbeiten im Rahmen des VIP-Projekts »QSOURCE« des Bundesministeriums für Bildung und Forschung.