Sieht aus wie ein Staubsauger über einem Fusselteppich, ist aber eine Glasfaser-Leitung, durch das die Rossendorfer Quelle (organge) einzelne Lichtteilchen (gelb) für die Quantentelefonate sendet. Grafik: Juniks für das HZDR
Mit Kohlenstoff beschossenes Silizium liefert Photonen, die sich mit Glasfasern vertragen
Dresden-Rossendorf, 16. September 2020. Damit abhörsichere Quantentelefonie einfacher und damit auch für Privatleute nutzbar wird, haben Physiker am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) eine neuartige Quelle für genau dosierte Lichtteilchen (Photonen) konstruiert. Das hat das HZDR mitgeteilt. Die Forscher wollen im nächsten Schritt auch zeigen, dass sich ihre Quellen in Telekommunikations-Chips integrieren lassen, um letztlich eine Massenproduktion zu ermöglichen.
Photonenquelle brauchen bisher Diamanten
Zwar gibt es bereits Photonenquellen für die Quantenkommunikation – doch die bestehen meist aus teuren Diamanten und tun sich schwer damit, normale Glasfasernetze zu nutzen. Die Rossendorfer Infrarot-Lichtquanten hingegen wandern auch durch herkömmliche Glasfasern. Und die Quellen dafür entstehen mit bewährten Methoden und Materialien der Mikroelektronik. Die Forscher haben dafür Silizium mit Kohlenstoff-Atomen beschossen und damit G-Zentren geschaffen: zwei benachbarte Kohlenstoffatome, die gemeinsam mit einem Siliziumatom eine Art künstliches Atom bilden. Unter Laserbeschuss sondern diese Zentren dann Lichtteilchen-Ströme mit der für Glasfasern geeigneten Wellenlänge aus.
Neue Quelle läuft stabil – und superkühl
„Unser Prototyp kann 100 000 Einzelphotonen pro Sekunde erzeugen“, berichtet HZDR-Physiker Dr. Georgy Astakhov. „Und er läuft stabil, auch nach einigen Tagen Dauerbetrieb konnten wir keine Verschlechterung bemerken.“ Allerdings funktioniere das System nur bei extremer Kälte – die Physiker müssen es mit Flüssighelium auf Temperaturen von minus 268 Grad Celsius kühlen.
Quantenkommunikation gilt als abhörsicher
Quantencomputer und -kommunikation gelten als bedeutsame Schlüsseltechnologien für die nächsten Dekaden. Denn Computer auf quantenmechanischer Basis können viele Verschlüsselungen knacken, die bisher as unknackbar galten. Und Quantenkommunikation gilt als abhörsicher: Dabei werden Photonen über wachsende Entfernungen so miteinander verschränkt, dass für Sender und Empfänger sofort sichtbar wird, wenn sich ein Spion in die Leitung zu hacken versucht. Daher haben an Konzerne, Geheimdienste und Behörden gleichermaßen großes Interesse an den neuesten Fortschritten in der Quantenkommunikation.
Autor: hw
Quelle: HZDR
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