Große Hardware-Forschungsinitiative

Quantentechnologien stehen weltweit im Fokus der Forschung und sind ein unverzichtbares Werkzeug zur Erforschung grundlegender Phänomene der bildgebenden Forschung für die wissenschaftliche Entwicklung von Quantenkommunikationssystemen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat jetzt zwei große Hardware-Initiativen für solche Anwendungen genehmigt. Im Rahmen der großen Hardwareinitiative Quantum Communications Development Environment (QCDE) werden landesweit vier Vorschläge gefördert. Eines der geförderten Projekte wird von Professor Klaus Jones von der Universität Paderborn geleitet. Das Forschungsprojekt „PhoQSNET Optical Quantum Systems Network“ wird über einen Zeitraum von fünf Jahren mit rund 2 Millionen Euro gefördert.

Bisher wurden die allermeisten Methoden der Quantenkommunikation mit Hilfe hochspezialisierter Laborgeräte entwickelt. Laut DFG soll die QCDE Main Device Initiative ein erster Schritt zur Standardisierung von Beschaffung, Übertragung und Detektion sein und Forschern den Zugang zu einer Standard-QCDE ermöglichen, die die Erforschung von Kommunikationsprotokollen und möglichen Anwendungen ermöglicht. Die DFG-Initiative ist ein Finanzierungsinstrument zur Unterstützung der Anschaffung teurer Großgeräte mit innovativer und hochwertiger Technologie, um spezifische wissenschaftliche Fragestellungen zu adressieren.

Das Ziel des PhoQSNet-Projekts ist es, eine Forschungsinfrastruktur für die Quantenkommunikation in einer wahrhaft urbanen Umgebung zu entwickeln. Dazu wird zwischen zwei Universitätsgebäuden auf dem Universitätscampus und einem auf dem Heinz Nixdorf Campus in Paderborn ein Drei-Knoten-Quantennetzwerk geschaffen. „Unsere Vision ist ein additives und skalierbares Netzwerk, das auf der bestehenden Kommunikationsinfrastruktur mit Knoten aufbaut, die ein modulares Toolkit mit den notwendigen Komponenten enthalten, um mehrere Quantenkommunikationsprotokolle zu implementieren“, erklärt Jones. Diese Komponenten sind Quantenlichtquellen (Einzelphotonen, verschränkte Photonen und komprimierte Zustände), Modifikatoren (Phase, Polarisation) und Detektoren (Einzelphotonenzähler, homogene Detektoren). Die Protokolle selbst werden Gegenstand laufender und zukünftiger Projekte innerhalb des neu gegründeten Interdisziplinären Instituts für Optische Quantensysteme (PhoQS) in Paderborn sein. Um komplexe physikalische Vorgänge zu ermöglichen, müssen Module höchste Anforderungen erfüllen: „Das bedeutet, den Gesamtwirkungsgrad zu maximieren und die Geräuschentwicklung zu minimieren. Sie müssen auch die Anforderungen der Praxis erfüllen, d.h. sie brauchen wenig Platz, benötigen minimale Betriebskosten und zeigen Begriffsstabilität“, wie John sagt.

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