Computergeneriertes Modell einer möglichen Ausgestaltung des geplanten QTRAIN-Transceivers für sichere Quantenkommunikation über lange Distanzen.
Beschreibung
Motivation
Mit der zunehmenden Verbreitung von Quantencomputern steigen die Anforderungen an die Sicherheit der Kommunikationsinfrastrukturen. Quantenkommunikation – insbesondere die Quantenschlüsselverteilung (QKD) – verspricht abhörsichere Datenübertragung. Allerdings existieren noch praktische Herausforderungen bei kommerziell verfügbaren QKD-Systemen, etwa die Verwendung geschwächter Laserimpulse mit potenziellen Mehrphotonen-Ereignissen. Im Verbundprojekt QTRAIN wird ein neuartiger Single-Photon-Transceiver entwickelt, der echte einzelne Photonen (Deterministische Einzelphotonen) im für Telekommunikation besonders geeigneten O-Band (1310 nm) erzeugt und detektiert, um sicherere und schnellere Quantenkommunikationslösungen voranzutreiben.
Ziele und Vorgehen
Ziel von QTRAIN ist die Entwicklung und Integration einer deterministischen Einzelphotonenquelle (Sparrow, RUB) und eines supraleitenden Nanodraht-Detektors (SingleQ) in einem gemeinsamen kryogenen System. Ein eigens dafür konzipierter, pikosekunden-gepulster Faserlaser (Refined) treibt die Quantenpunkte (Quantum Dots, RUB) im O-Band mit hoher Wiederholrate (200 MHz) an. Durch das Zusammenführen von Quelle und Detektor in ein einziges Kryostatsystem sinken die Gesamtkosten und der Energiebedarf erheblich. Der neue Transceiver wird in Forschungslaboren und im industriellen Umfeld, z. B. zur Quantenkommunikation oder in der Quanteninformatik, einsetzbar sein.
Innovation und Perspektiven
QTRAIN bietet erstmals eine integrierte Lösung, die Einzelphotonen in der O-Band-Telekom-Wellenlänge erzeugt und detektiert. Damit lassen sich Quantenkommunikationsstrecken mit höherer Sicherheit und Geschwindigkeit realisieren und zugleich kostengünstig betreiben. Langfristig dient die Technologie als Schlüsselkomponente für Quantenkryptographie, optisches Quantencomputing und andere Quantenanwendungen. Gerade angesichts der europäischen EuroQCI-Initiative leistet QTRAIN einen wichtigen Beitrag zum Aufbau einer sicheren Quantenkommunikationsinfrastruktur in Europa.
