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Gesamtziel des Q.com-Projektverbundes

Der Schwerpunkt Quantenkommunikation (QK) erforscht insbesondere das Konzept des Quantenrepeaters: Dieser ersetzt die Wiederholverstärker klassischer Kommunikationsverbindungen für längere Übertragungsstrecken und benötigt wesentliche Komponenten, die auch für andere Anwendungen der Quanteninformationsverarbeitung benötigt werden.

Auf dem Weg zum Quantenrepeater und zu einer weiterreichenden Quantentechnologie werden insbesondere hohe Integrationsleistungen zwischen verschiedenen Basistechnologien erforderlich sein. Die Teilverbünde des QK-Schwerpunktes (Q.com-Q, Q.com-H und Q.com-N) werden die begonnenen Arbeiten fortsetzen und in 3 Jahren abschließen. Insbesondere werden auch neue gemeinsame Projekte verfolgt, die durch die Kommunikation und die Ergebnisse der 1. Förderphase angeregt wurden.

Wir erwarten technologische Fortschritte bei der Entwicklung von faseroptischen Resonatoren höchster Güte, der Mikrostrukturierung optischer Komponenten, bei der Integration und Optimierung von Halbleiter-Photonenquellen und supraleitenden Photonendetektoren, bei Elekt-ronikkomponenten für das Quantenregime, bei Wellenlängentransformatoren u.a. Konzeptionelle, von der Theorie getriebene Fortschritte im Bereich der Zertifizierung und der plattform-unabhängigen Sicherheit.

 

Q.com-Q

In Q.com-Q sollen wesentliche Bau-Elemente von Quantennetzwerken, die für die Realisierung eines Quanten-Repeaters von grundlegender Bedeutung sind, experimentell implementiert und theoretisch untersucht werden.

Von zentralem Interesse sind die Erzeugung einzelner, ununterscheidbarer Photonen für Quantenrepeateranwendungen, die Entwicklung langreichweitiger photonischer Kanäle durch Quantenfrequenzkonversion in verlustarme Wellenlängenbereiche der Telekombänder und die theoretische Untersuchung der Dekohärenzphänomene in diesen Kanälen. Ein weiterer zentraler Punkt ist die Erzeugung und Verteilung von Verschränkung zwischen räumlich separierten Quantensystemen.

Quantenspeicher sollen auf ihre Integration in einen kompletten Repeater vorbereitet werden. Von experimenteller Seite geht es dabei vor Allem darum, Effizienz und Fidelität der existierenden Speicher zu erhöhen sowie qualitativ neuartige Speicher zu demonstrieren, welche besonders auf die Anwendung in Quantenrepeatern zugeschnitten sind.

 

Q.com-H

Ziel des Verbundes Q.com-H ist die Herstellung von Komponenten für einen Quantenrepeater auf der Basis von Halbleitern. Dies schließt insbesondere Schnittstellen zu anderen Hardwareplattformen, wie sie insbesondere auch in Q.com-Q bearbeitet werden, ein.

3 Arbeitspakete werden dabei bearbeitet:

• Quellen von einzelnen und verschränkten Photonen und Detektoren für entsprechende Detektoren Zielwellenlängenbereich für die Photonwellenlängen: Telekom C- und O-Bänder bei 1,3 und 1,5 µm

• Interkonversion und Speicherung von Quanteninformation zwischen fliegenden und stationären Quantenbits

• Kohärente Manipulation von Spinanregungen in Halbleitern

Ultimatives Ziel ist die Integration dieser Komponenetne auf einem Chip.

 

 

 

Q.com-N

 

In dem Verbund Q.com-N wird der Einfluss von Attacken auf die jeweils erreichbaren optimalen Raten für eine sichere Kommunikation für den Quanten-Repeater charakterisiert. Dazu werden Seitenkanalmodelle entwickelt. Es wird untersucht, mit welchen Ressourcen Attacken kompensiert werden können. Die Ressourcenresultate werden genutzt, um robuste Protokolle für die sichere Kommunikation und die Schlüsselerzeugung zur Kompensation von Systemunkenntnis und Mehrteilnehmereinflüssen zu entwickeln.

 

Insbesondere wird Rückkopplung als Ressource betrachte. Gleichzeitig sollen unterschiedliche Ziele des Angreifers (Wiretappers) und des Empfängers analysiert werden und die Ahlswede Identifikationstheorie angewendet werden.

 

Die Grundprinzipien des Systemdesigns für Quanten-Repeater-Netze werden entwickelt. Insbesondere sollen unterschiedliche Ressourcen, wie zum Beispiel Verschränkung oder Korrelation, hinsichtlich des Störpotentials von aktiven Abhörern charakterisiert werden.  Weiterhin sollen erste Ansätze zur Kooperation von Sendern und zur Bündelung von Systemressourcen für die aktive Bekämpfung von Attacken und zum Herausfinden von Anomalien in Quanten-Repeater-Netzwerken entwickelt werden.

 

 

 

 

 

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