Erfolgreicher Abschluss von EU-Projekt UNIQORN: Quantenkommunikation für den Massenmarkt
Das multidisziplinäre EU-Projekt UNIQORN hat zu seinem Abschluss erfolgreich neue Geräte und Anwendungsfälle für nachhaltige Quantenkommunikation demonstriert. Dem Projektkonsortium ist es unter anderem gelungen, die Größe aktueller quantenoptischer Geräte auf wenige Zentimeter zu reduzieren. Die daraus hervorgehenden Anwendungen bieten Lösungsansätze für zentrale Herausforderungen der Europäischen Union, wie Datensouveränität, nachhaltige Quantentechnologie und das Quanteninternet. UNIQORN startete im Oktober 2018 als Teil der Europäischen Quanten-Flaggschiff-Initiative und endet nun nach einer Laufzeit von dreieinhalb Jahren. Das Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI) war mit seiner Forschungsgruppe „Hybrid PICs“ der Abteilung „Photonische Komponenten“ beteiligt.
Quantenkommunikation birgt ein enormes Potenzial für die informationstheoretische Datensicherheit: Mithilfe von Quantenkommunikationssystemen können beispielsweise echte Zufallszahlen erzeugt werden. Diese unterstützen den sicheren Schlüsselaustausch, der bei der Quantenkommunikation essenziell ist. Herkömmliche Computer folgen auch bei der Generierung von Zufallszahlen stets strikt einem Programm und berechnen beispielsweise einen vorgegebenen Algorithmus, sind also für eine sichere Verschlüsselung ungeeignet. Um diese Potenziale für den Massenmarkt nutzbar zu machen, müssen die entsprechenden Module leistungsstark, kostengünstig und vor allem kompakt sein. Ziel von UNIQORN war es, Quantentechnologien durch photonische Integration zu miniaturisieren und den Nutzenden als Prototypen und System-on-Chip-Lösungen zur Verfügung zu stellen.
Die Forschenden konnten während der Projektlaufzeit erfolgreich die Verkleinerung der optischen Aufbauten demonstrieren. Sie entwickelten einen voll funktionsfähigen Sender für die Quantenschlüsselverteilung (Quantum Key Distribution, QKD) auf einem photonischen Chip mit einer Größe von nur 2 x 4 mm, einschließlich Lasern, Modulatoren und optischen Dämpfungsgliedern. Die kleinen und kostengünstigen QKD-Komponenten dieser neuen Verschlüsselungstechnologie können von nun an in nahezu jedes optische Kommunikationsgerät – auch in Privathaushalten – integriert werden.
Das Fraunhofer HHI brachte mit seiner hybriden Integrationsplattform PolyBoard die Schlüsseltechnologie zur Verkleinerung von Quantenkommunikationsaufbauten in das Projekt ein. Die Plattform wurde im Rahmen des UNIQORN-Projekts um Quantenfunktionalitäten erweitert, darunter ein hocheffizienter Dünnfilmfilter für die Aufspaltung von Photonenpaaren und die Unterdrückung von Pumplicht auf dem Chip. Die aufgerüstete Plattform stellt einen wichtigen Beitrag zur nächsten Phase des EU-Flaggschiffs Quantentechnologie dar und steht nach Projektabschluss Kund*innen und Partner*innen zur Verfügung. Darüber hinaus konnte das Fraunhofer HHI seine mikrooptische On-Chip-Bank-Technologie zur Integration nichtlinearer optischer Kristalle für die Erzeugung einzelner und verschränkter Photonen nutzen.
„Obwohl das UNIQORN-Projekt zu Ende geht, wird sein Erbe weiterleben, da die meisten Partner ihre Forschung in der nächsten Phase des Europäischen Flaggschiffs für Quantentechnologien fortsetzen und sich auch an der Schaffung eines europäischen Quantennetzwerks im Rahmen der EuroQCI-Initiative beteiligen werden“, sagt Dr. Hannes Hübel, Koordinator von UNIQORN und Leiter des Forschungsbereichs Quantentechnologien am AIT Austrian Institute of Technology.
Im Rahmen des Projekts gelang es den Forschenden zudem, verschränkte Photonenquellen, die für die Verbindung von weit entfernten Quantencomputern und Quantenrepeatern unerlässlich sind, auf kleinen Polymerplattformen herzustellen. Eine Massenproduktion dieser Polymerplattformen rückt so in greifbare Nähe und legt so den Grundstein für die Realisierung des Quanteninternets - eines Internets, in dem Datendiebstahl und -manipulation ausgeschlossen sein werden.
