Forscher der Leibniz Universität Hannover (LUH), der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig und der Universität Stuttgart haben eine neue Methode zur sicheren Kommunikation mit Halbleiter-Quantenpunkten entwickelt. Diese Methode könnte die Art und Weise revolutionieren, wie vertrauliche Informationen vor Cyber-Bedrohungen geschützt werden. Herkömmliche Verschlüsselungsmethoden werden immer anfälliger für Angriffe durch Fortschritte in der Entwicklung von Quantencomputern. Daher wird eine Technologie namens Quantenschlüsselverteilung (Quantum Key Distribution, QKD) benötigt. QKD nutzt die einzigartigen Eigenschaften der Quantenphysik, um die Datenübertragung zu sichern. Diese Methode wurde im Laufe der Jahre ständig optimiert, aber der Aufbau großer Netze war aufgrund der Begrenzungen der verfügbaren Quantenlichtquellen bisher kaum möglich.
Das Forschungsteam um die Professoren Fei Ding, Stefan Kück und Peter Michler hat auf diesem Gebiet große Fortschritte gemacht. Sie haben Halbleiter-Quantenpunkte als Einzelphotonenquellen verwendet und eine hohe sichere Schlüsselübertragungsrate über eine 79 Kilometer lange Strecke zwischen Hannover und Braunschweig erreicht. Diese Verbindung ist die erste Quantenkommunikationsverbindung in Niedersachsen.
Professor Fei Ding erklärt den Durchbruch: „Wir arbeiten mit Quantenpunkten, winzigen Strukturen, die Atomen ähneln, aber auf unsere Bedürfnisse zugeschnitten sind. Zum ersten Mal haben wir diese ‚künstlichen Atome‘ jetzt in einem Quantenkommunikationsexperiment zwischen zwei verschiedenen Städten eingesetzt. Dieser Aufbau, der sogenannte Niedersachsen Quantum Link, verbindet Hannover und Braunschweig über eine optische Faser.“
Die Quantenkommunikation nutzt die Quanteneigenschaften des Lichts, um sicherzustellen, dass Nachrichten nicht abgefangen werden können. „Quantenpunkt-Geräte senden einzelne Photonen aus, deren Polarisierung wir kontrollieren und zur Messung nach Braunschweig schicken. Dieses Verfahren ist von grundlegender Bedeutung für die Verteilung von Quantenschlüsseln“, beschreibt Ding den Prozess. Die aktuelle Arbeit wurde vom Europäischen Forschungsrat ERC, dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und weiteren Partnern gefördert und entstand unter Beteiligung des Exzellenzclusters QuantumFrontiers.
Die Tabelle unten zeigt eine Zusammenfassung der erreichten Ergebnisse:
| Methode zur sicheren Kommunikation | Quantenschlüsselverteilung (QKD) |
| Schlüsselübertragungsrate | Hoch über 79 Kilometer |
| Verbindung | Hannover – Braunschweig |
| Träger von Quantenschlüsseln | Einzelne Photonen |
| Förderung | Europäischer Forschungsrat ERC, |
| | Bundesministerium für Bildung und |
| | Forschung (BMBF) |
| Beteiligte Partner | Leibniz Universität Hannover, |
| | Physikalisch-Technische Bundesanstalt|
| | (PTB) in Braunschweig, Universität |
| | Stuttgart |
Das Bedürfnis nach sicherer Kommunikation ist seit jeher von großer Bedeutung. Die Quantenkommunikation mit Halbleiter-Quantenpunkten bietet eine vielversprechende Lösung für die Sicherheit von vertraulichen Informationen. Die Forschung auf diesem Gebiet ist von großer Bedeutung, da herkömmliche Verschlüsselungsmethoden zunehmend anfälliger für Angriffe werden. Der Niedersachsen Quantum Link stellt einen bedeutenden Fortschritt in diesem Bereich dar und könnte die Grundlage für weitere faszinierende Experimente und Anwendungen in der Zukunft und auf dem Weg zu einem Quanteninternet sein.
