Technologieforum Laser Photonik

Über den Dächern von Jena: Teststrecke für Quanten­kommunikation

In einem grünen Container auf dem Dach der Stadtwerke Jena steht ein Teleskop namens Bob. Es handelt sich um eine Empfangsstation für eine lokale Teststrecke für neuartige Kommunikationssysteme. Der Sender heißt Alice – ein weiteres Teleskop. Sie steht 1,7 km Luftlinie entfernt in einem Labor des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF auf dem Beutenberg Campus.

Quantenschlüsselaustausch via Freistrahl

Das Teleskop verbindet das Know-how im Design und der Fertigung von Metalloptiken am Fraunhofer IOF mit der Forschung im Rahmen der Quantentechnologien. Bild: Fraunhofer IOF

Das Fraunhofer IOF widmet sich nach eigenen Angaben schon seit mehreren Jahren der Erforschung der Quantenkommunikation. Mit einer lokalen Teststrecke zwischen dem Institutsgebäude und den Jenaer Stadtwerken wird seit 2021 der Austausch von Quantenschlüsseln via Freistrahl, also durch die Luft hindurch, erforscht.
Bereits 2021 haben die Forschenden auf der Teststrecke erstmals erfolgreich einen quantensicheren Schlüssel zwischen den beiden Standorten ausgetauscht. Im nächsten Schritt soll untersucht werden, wie die Hardware, die zur Verteilung der Schlüssel notwendig ist, in Zukunft effizienter und kostengünstiger produziert werden kann. Denn nur so sollen Prototypen entwickelt werden können, die in Industrie und Wirtschaft zum Einsatz kommen und damit eine Verbreitung der Quantenkommunikation im Alltag ermöglichen.

Bisher nur bei Nacht

Obwohl damit auf der Teststrecke bereits der erste große Meilenstein erreicht wurde, gibt es noch zahlreiche Herausforderungen, so die Forscher. Die Nutzung der Quantenkommunikation ist derzeit zum Beispiel nur auf die Nachtzeit beschränkt, wenn der Austausch von Quantenschlüsseln nicht durch Sonnenlicht beeinträchtigt werden kann. Um dem entgegenzuwirken, arbeiten die Jenaer Forschenden derzeit an speziellen Filtern. Sie sollen es dem System künftig ermöglichen, unabhängig von den Lichtverhältnissen und damit auch am Tag arbeiten zu können.

Heterogene Netzwerke

Darüber hinaus plant das Team mittelfristig die Implementierung eines heterogenen Netzwerks. Dabei wird die Freistrahlstrecke mit einer Faserverbindung zwischen Jena und Erfurt gekoppelt. Erst im September war es Forschenden nach eigenen Angaben gelungen, auf der 75 km langen Faserstrecke erstmals erfolgreich Quantenschlüssel auszutauschen.

Durch die Kombination von Freistrahl- und Fasertechnologie soll die Quantenkommunikation in Zukunft nicht nur über vergleichsweise kurze Distanzen, etwa im innerstädtischen Bereich, sondern auch in größeren Metropolregionen nutzbar sein. Mithilfe von Sendern auf Kleinstsatelliten, die im Weltall stationiert sind und die ebenfalls am Fraunhofer IOF in Jena entwickelt werden, sollen langfristig auch sichere Verbindungen über den gesamten Planeten möglich werden.

Quelle und Bild: www.iof.fraunhofer.de



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