Lichtquelle für abhörsichere Netze wird gesucht

Ein neues Forschungsprojekt soll neue Lichtquellen entwickeln, die nur ein Photon innerhalb eines kurzen Zeitintervalls emittieren. Diese werden für einige Bereiche des Quantencomputings benötigt. Dazu zählt insbesondere die Entwicklung abhörsicherer Datennetze. Das neue Forschungsprojekt konzentriert sich an der Universität Stuttgart. Das Bundesforschungsministerium fördert diese Arbeitt innerhalb eines Forschungsverbundes mit 867.000 Euro für drei Jahre.

Solche neuartigen Lichtquellen erlauben Funktionen, die mit klassischen Lichtzuständen nicht möglich sind. So ermöglicht die Nachrichtenübertragung mit einzelnen Photonen eine abhörsichere Datenkommunikation. Der geheime Schlüssel einer Nachricht wird dabei beispielsweise über eine Polarisationskodierung der Photonen übertragen.

Ein möglicher Lauschangriff scheitert an den Gesetzen der Quantenmechanik: Detektiert ein Spion die übertragenen Photonen, so wird seine Messung den unbekannten Photonenzustand in der Regel verändern. Durch die Verwendung so genannter nichtorthogonaler Zustände kann der Spion nicht den Zustand jedes Photons korrekt bestimmen, sondern nur einen zufälligen Anteil.

Selbst wenn er ein Ersatzphoton für jedes ausspionierte Photon weiterschickt, das dem Resultat seiner Messung entsprechend präpariert wurde, verursacht dies beim Empfänger eine signifikant höhere Fehlerrate, aufgrund dieser ein Lauschangriff nachgewiesen werden kann.

Die zurzeit in den Forschungslaboratorien eingesetzten Einzelphotonenquellen werden den Anforderungen der Effizienz, Zuverlässigkeit und Definiertheit der Photonenemission in Bezug auf Wellenlänge, Zeitverhalten und Photonenstatistik nicht gerecht. Hinzu kommen die Komplexität, die Empfindlichkeit und die Größe des Aufbaus, die einen kommerziellen Einsatz solcher Quellen bisher verhindern.

Deshalb soll nun innerhalb des Verbundforschungsprojekts EPHQUAM (Effiziente, kompakte und kontrollierbare Einzelphotonenquellen für die Quantenkommunikation) eine kompakte und kontrollierbare Einzelphotonenquellen auf Festkörperbasis entwickelt werden. Beteiligt sind neben der Universitäten Stuttgart auch die Ludwig-Maximilians-Universität München, die Universität des Saarlands, die Technische Universität Braunschweig, das Forschungszentrum Jülich und die Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Braunschweig.