Datensicherheit ist für unsere moderne Gesellschaft von entscheidender Bedeutung. Wegen der Bedrohung von persönlichen Daten und Identitätsbetrug bis hin zu Cyber-Angriffen, die die Integrität souveräner Nationen bedrohen, war der Bedarf an sicherer Kommunikation und Datenverarbeitung noch nie so groß wie jetzt. In der Theorie würden Quantennetzwerke diese Probleme adressieren, da sie für kryptografische Kommunikationsaufgaben nachweislich sicher sind. Der nächste Schritt ist es jetzt physikalische Quantennetzwerke zu bauen, die eine solche sichere Kommunikation in der Praxis implementieren. PhoQSNet, unser Antrag im Rahmen der Großgeräte Initiative, wird die Infrastruktur und Technologie bereitstellen, die für den Aufbau eines Netzwerkes für photonische Quantensysteme im städtischen Maßstab erforderlich sind.

Das ehrgeizige Ziel von PhoQSNet ist es, die Infrastruktur für ein Quantennetzwerk mit drei Knoten bereitzustellen. Dies ermöglicht, verschiedene Konfigurationen der Quantenkommunikationstechnologie zu erforschen, einschließlich Punkt-zu-Punkt-Protokollen, Quantenrelais und Quanten-Repeater-Knoten. Dabei werden wir Protokolle erforschen, die sowohl eine diskrete als auch eine kontinuierliche Kodierung der Quanteninformation verwenden.

Das physikalische Fasernetz wird die Gebäude A und P auf dem Hauptcampus der Universität Paderborn mit dem Heinz Nixdorf Institut, das 3,6 km entfernt liegt, verbinden. Alle drei Standorte werden mit kommerziellen dunklen Glasfasern des städtischen Standard-Glasfasernetz verbunden. Jeder der drei Knoten beherbergt eine Quanten-Sender-und-Empfänger-Station, die mit komplementären Komponenten ausgestattet ist, um verschiedene Quantenkommunikationsprotokolle zu realisieren: Quellen und Detektoren für Quantenlicht und Instrumente zur Charakterisierung von Quanten- und klassischen Kanälen. Die modulare Struktur von PhoQSNet gewährleistet eine zukünftige Kompatibilität mit neuartigen faserbasierten Quantenkommunikationtechnologien. Unser vorgestelltes Testnetzwerk ist daher ein entscheidender Wegbereiter für Quantenkommunikationsanwendungen.

Unsere Initiative stützt sich auf eine etablierte Zusammenarbeit zwischen Elektrotechnik, Physik, Mathematik und Informatik, die in dem kürzlich gegründeten Institut für Photonische Quantensysteme an der Universität Paderborn zusammengeführt wurde. Damit verfügt unserer Initiative über Expertise in allen relevanten Bereichen des Vorhabens, sowie über eine etablierte Dachorganisation für ihre Umsetzung und langfristige Nachhaltigkeit. Diese einzigartige interdisziplinäre Forschungsumgebung mit Spezialisten für Quantenquellen und -detektoren, Hochgeschwindigkeitskommunikationssysteme sowie Codes und Kryptographie ermöglicht es uns nicht nur, bestehende interdisziplinäre Projekte umzusetzen, sondern auch bahnbrechende zukünftige Forschungsrichtungen zu etablieren und das Fortbestehen von PhoQSNet weit über die erste Förderphase hinaus für die kommenden Jahre zu sichern.

Aus dem PhoQS sind maßgeblich die Arbeitsgruppen Hybrid Quantum Photonic Devices, Integrated Quantum Optics, Mesoskopische Quantenoptik und Schaltungstechnik an PhoQSNet beteiligt. Das Projekt wird seit 2022 über einen Zeitraum von fünf Jahren von der DFG gefördert. Weitere Informationen erhalten Sie auf der Projektseite der DFG.

Wissenschaftlicher Kontakt

Prof. Dr. Klaus Jöns (klaus.joens(at)upb(dot)de)