Miniaturisierung von Quantentechnologien durch photonische Integration

| Redakteur: Hendrik Härter

Sichere Kommunikation: Forscher arbeiten an einem integrierten Systen-on-Chip, mit dem sich quantenmechanische Effekte voll ausschöpfen lassen können. Datenübertragung wird damit noch sicherer.
Sichere Kommunikation: Forscher arbeiten an einem integrierten Systen-on-Chip, mit dem sich quantenmechanische Effekte voll ausschöpfen lassen können. Datenübertragung wird damit noch sicherer. (Bild: gemeinfrei / CC0)

Mit der Quantenkommunikation soll die Datenübertragung künftig sicherer werden. Um diese auch für den Massenmarkt zugänglich zu machen, arbeiten Forscher an einer System-on-Chip-Lösung.

Die Quantenkommunikation schützt die Datenübertragung, indem zukünftig Abhörversuche nicht mehr unentdeckt bleiben. Jetzt haben Fraunhofer-Forscher eine hybride photonische Plattform mit dem Namen PolyBoard entwickelt. Sie kombiniert flexibel und effizient unterschiedliche optische Funktionalitäten auf einem einzelnen Chip.

Die so bereitgestellte Toolbox wird in den kommenden Jahren im Rahmen des „Quantum Flagship“ der Europäischen Union für die speziellen Anforderungen neuartiger Quantentechiken weiterentwickelt.

Hochminiaturisierte optische Systeme

Das Projekt "UNIQORN - Erschwingliche Quantenkommunikation für alle: Revolutionizing the Quantum Ecosystem from Fabrication to Application" hat sich zum Ziel gesetzt, Quantentechnologien durch photonische Integration zu miniaturisieren und den Anwendern als System-on-Chip-Lösungen zur Verfügung zu stellen.
Das Projekt "UNIQORN - Erschwingliche Quantenkommunikation für alle: Revolutionizing the Quantum Ecosystem from Fabrication to Application" hat sich zum Ziel gesetzt, Quantentechnologien durch photonische Integration zu miniaturisieren und den Anwendern als System-on-Chip-Lösungen zur Verfügung zu stellen. (Bild: Fraunhofer HHI)

Im Rahmen des Projekts UNIQORN sollen Schlüsselkomponenten für Quantenkommunikationssysteme der Zukunft entwickelt werden. Dazu sollen unter anderem echte Zufallszahlen generiert werden und für die sichere Schlüsselverteilung eingesetzt werden. Hierzu zählen spezialisierte quanten-optische Quellen und Detektortechniken. Ein wichtiger Schwerpunkt der Forschungsarbeiten liegt auf einem integrierten System-on-Chip. Sie sind Grundlage für hochminiaturisierte optische Systeme, die quantenmechanische Eigenschaften voll ausschöpfen können. Dazu gehören Verschränkung und gequetschtes Licht.

Kern dieser Integration ist die PolyBoard-Technik der mikro-optischen Bank: Mit ihr lassen sich große optische Komponenten wie Kristalle zur Erzeugung verschränkter Photonen mit integriert-optischen Komponenten und Funktionalitäten auf einem PolyBoard-Chip kombinieren. Bekannte Materialsysteme können für die Quantentechnik direkt mit photonisch-integrierten Schaltkreisen verknüpft werden – ohne dass dabei die Leistungsfähigkeit der mikro-optischen Komponenten leidet. Bisher wurden mit dieser Technik miniaturisierte optische Bauelemente für Telekom- und Datacom-Anwendungen sowie mikro-optische Chips für die Analytik und Sensorik entwickelt.

17 Projektpartner aus Europa

Das Projekt „UNIQORN – Affordable Quantum Communication for Everyone: Revolutionizing the Quantum Ecosystem from Fabrication to Application” hat sich zum Ziel gesetzt, Quantentechniken mithilfe photonischer Integration zu miniaturisieren und dem Anwender ein System-on-Chip anbieten zu können. Im UNIQORN-Konsortium, das vom AIT (Austrian Institute of Technology) koordiniert wird, arbeiten 17 Partner aus ganz Europa an einer multidisziplinären Forschungsagenda.

Forschungsinstitutionen (AIT, Fraunhofer HHI, IMEC) mit langjähriger Erfahrung in der Überführung von akademischer Grundlagenforschung in die industrielle Anwendung werden mit Quantenforschern mit theoretischem und experimentellem Know-how (Universität Wien, Universität Paderborn, Universität Innsbruck, Technical University of Denmark) zusammenarbeiten.

Das Projekt kann auch auf Expertise der Photonik / Elektronik und Integration / Packaging zurückgreifen (Eindhoven University of Technology, Micro-Photon-Devices, Politecnico Milano, Smart Photonics, Institute of Computer and Communication Systems Athens, VPI Photonics, Cordon Electronics). Die Perspektive der industriellen Endnutzer wird durch den Systemanbieter Mellanox und den Betreiber Cosmote eingebracht. Die Evaluierung im Feld erfolgt in einer Smart-City-Testumgebung, die von der Universität Bristol betrieben wird.

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