Zeit und Frequenz synchronisierte Langstrecken-Quantenkommunikation (InterSync)

• Fachliche Zuordnung: Hardwaresysteme und -architekturen für die Informationstechnik und die Künstliche Intelligenz, Quantentechnische Systeme ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491585234

Quantenkommunikation, d.h. die Verteilung von Quanten zwischen verschiedenen Orten, bildet einen Eckpfeiler der modernen Quantentechnologie. Basierend auf den Gesetzen der Quantenmechanik sind hierbei eine Reihe von revolutionären Anwendungen möglich, z.B. physikalisch gesicherte Kommunikation oder Quantencomputer in verteilten Quantennetzwerken, die zur Lösung von Problemklassen eingesetzt werden können die klassische Computer überfordern. Nach jahrzehntelanger Forschung ist es heute jedoch immer noch schwierig, die Quantenkommunikation unter realen Bedingungen zu implementieren, denn optische Verluste, Fluktuationen der Faserlänge oder des Brechungsindexes, bringen zusätzliches Rauschen in das Zeitsignal hinein.Für reale Anwendungen in der Quantenkommunikation und -vernetzung schlagen wir das Projekt „Zeit und Frequenz synchronisierte Langstrecken-Quantenkommunikation“, kurz InterSync, vor. Es besteht aus einer Glasfaserverbindung zwischen der Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover (LUH) und dem deutschen Metrologieinstitut, der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig. Für die Hochgeschwindigkeits-Quanten-Kommunikation implementiert die Verbindung ein hoch-präzises Timing-System, um Quantenmessungen zwischen den beiden Standorten zu synchronisieren. Die Testumgebung von InterSync wird die erste ihrer Art in Deutschland sein, und sie ermöglicht es, eine Reihe von neu entstehender Quantenhardware, -software und -protokollen auf einer messtechnisch unterstützten Langstreckenfaser zu testen.InterSync integriert sich optimal in die hochaktive und kollaborative Forschung Niedersachsens mit zwei verwandten Exzellenzclustern (PhoenixD und QuantumFrontiers) und dem Quantum Valley Lower Sachsen (QVLS). Besonders wichtig ist die Expertise der PTB in der Metrologie und insbesondere in der Zeitübertragung. Daher wird InterSync eine einzigartige Infrastruktur für Quantenkommunikation und -technologien mit einer erwarteten Nutzerbasis in ganz Deutschland und Europa und sogar weltweit sein.Das Quanteninfrastruktursystem von InterSync verbindet zeitsynchronisierte Langstecken-Quantenkommunikation und neuartige Entwicklungen von Quanten-Hardware und Quantenprotokollen. Das Ziel von InterSync liegt nicht nur in der Demonstration und Erprobung aktueller Quantenkommunikations Technologien, sondern auch darin den Grundstein für reale Implementierungen von komplexeren Ansätzen zu legen. Hierbei sind insbesondere die sichere Zeitverteilung, Blind Computing und sichere Authentifizierungsprotokolle zu nennen.

• DFG-Verfahren: Großgeräteinitiative
• Großgeräte: Customized fiber-optic time and frequency distribution system ; High-Efficiency QKD testbed with picosecond long-haul synchronization
• Antragstellende Institution: Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
• Leiter: Professor Dr. Fei Ding
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Ilja Gerhardt; Professor Andreas Wolfgang Schell, Ph.D.; Professor Dr. Reinhard F. Werner
• Kooperationspartner: Professor Dr. Stefan Kück