Die zuverlässige Erzeugung, Über­tragung und Detektion verschränkter Photonen ist eine der wichtigsten technologischen Heraus­forderungen eines anwendungs­orientierten Quanten­internets. Trotz erheblicher Fort­schritte bei den Quanten­kommunikations­technologien in jüngster Zeit sind die bisher erreichten Übertragungs­raten bei der Verteilung von Schlüsseln für viele mögliche Anwendungs­fälle immer noch deutlich zu niedrig.

Im Projekt »InteQuant - Joint Initiative for Advanced Integrated Devices for Quantum Information Processing« kooperieren das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF und das österreichische Institut für Quanten­optik und Quanten­information IQOQI. Das Ziel der Partner: Die fehlende Hardware entwickeln, um Quanten­kommunikation zur Anwendungs­reife zu verhelfen. Für ein Quanten­internet mit neuen Anwendungen müssen nämlich sowohl die Übertragungs­raten für den Quanten­schlüssel­austausch substanziell erhöht als auch die Aufbauten miniaturisiert werden.

Integrierte Wellen­lösungen für Quanten­­informations­bearbeitung

Anlässlich des Kick-Offs kamen die Projekt­partner am 14. Januar 2020 am Fraunhofer IOF in Jena zusammen. Prof. Andreas Tünnermann, Leiter des Fraunhofer IOF, sagte zum Start von »InteQuant«: »Die Quanten­mechanik ist eine der folgen­reichsten Entdeckungen der Menschheit. Die technologische und gesellschaftliche Entwicklung unserer Zivilisation ist ohne sie undenkbar. Mit ´InteQuant´ kann die Fraunhofer-Gesellschaft eine Brücke bauen, um einer der wichtigsten europäischen Treiber einer wirtschaftlichen Verwertung der Quanten­technologien zu werden.« Insbesondere die Quanten­kommunikation stelle bereits jetzt ein wichtiges Anwendungs­szenario für spezifische Nischen­märkte dar, z. B. für Verwaltungs­einrichtungen, Behörden oder Banken.

Dr. Rupert Ursin, Vizedirektor und Forschungsgruppenleiter am IQOQI in Wien, sieht großes Potenzial in der Kooperation der beiden Forschungseinrichtungen. »Wir am IQOQI freuen uns sehr über die Möglichkeit, erneut mit dem Fraunhofer IOF zusammenzuarbeiten. In der Vergangenheit haben wir bereits viele Projekte erfolgreich umgesetzt. Wir am IQOQI steuern als Physiker die Grundlagen bei und das Fraunhofer IOF sein Ingenieurswissen. Das Zusammenwirken beider Disziplinen war stets der entscheidende Erfolgsfaktor. Diese Basis wollen wir nun nutzen, um neue Technologien industrietauglich zu machen. Die Basis, der das Projekt InteQuant zugrunde liegt, ist meines Erachtens international einmalig.«

Fortschritt in der Quantenzustandskodierung und -übertragung

Mit integrierten, geführten Wellenlösungen sollen hochdimensional verschränkte Photonenzustände erzeugt werden, die sich für skalierbare Fertigungsprozesse sowie effiziente Paarbildung, Engineering und Analyse von Quantenzuständen eignen. Während das Fraunhofer IOF seine Kompetenzen auf dem Gebiet der Photonik-Integration zur Miniaturisierung von Quellen, Übertragungssystemen und Zustandsdecodern einbringt, verfügt das IQOQI über herausragendes Grundlagenwissen im Bereich der angewandten Quanteninformationsverarbeitung. Um die Forschungsarbeiten zu überprüfen und im Dauerbetrieb zu testen, soll unter anderem der Zugang des IQOQI zu einem grenzüberschreitenden Fasernetzwerk genutzt werden.

Über »InteQuant«

Das Projekt »InteQuant« ist Teil des Fraunhofer-internen Förderprogramms ICON »International Cooperation and Networking«. Dieses zielt darauf ab, die strategische Zusammenarbeit mit exzellenten ausländischen Forschungseinrichtungen zu initiieren. »InteQuant« dient somit als langfristig angelegte Kooperation der Fraunhofer-Gesellschaft und der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW), die vom Fraunhofer IOF in Jena und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) in Wien getragen wird.

Eckdaten Projekt »InteQuant«

• Fördervolumen: 2,3 Mio. Euro (Fraunhofer 1,3 Mio. Euro / ÖAW 1,0 Mio. Euro)
• Laufzeit: 3 Jahre

Zur ICON-Förderinitiative

Das interne Förderprogramm »ICON – International Cooperation and Networking« der Fraunhofer-Gesellschaft unterstützt bilaterale Kooperationsprojekte mit internationalen Partnern. Ziel ist die strategische Kooperation mit exzellenten ausländischen Forschungseinrichtungen – in der Regel Universitäten – auf Projektbasis. Das Programm wurde 2008 im Zuge des ersten Pakts für Forschung und Innovation bei Fraunhofer eingerichtet. Das Fördervolumen beträgt bis zu 750 000 Euro (Erhöhung bei Beteiligung mehrerer Fraunhofer-Institute), die ausländische Partnereinrichtung muss eine Gegenfinanzierung in gleicher Höhe bereitstellen.

Über die Partner

• Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF

Das Fraunhofer IOF in Jena betreibt anwendungsorientierte Forschung auf dem Gebiet der Photonik und entwickelt innovative optische Systeme zur Kontrolle von Licht – von der Erzeugung und Manipulation bis hin zu dessen Anwendung. Das Leistungsangebot des Instituts umfasst die gesamte photonische Prozesskette vom opto-mechanischen und opto-elektronischen Systemdesign bis zur Herstellung von kundenspezifischen Lösungen und Prototypen. Forschungsschwerpunkte sind unter anderem Freiformtechnologien, Mikro- und Nanotechnologien, Faserlasersysteme, Quantenoptik sowie optische Technologien für die sichere Mensch-Maschine-Interaktion.

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  Institut für Quantenoptik und Quanteninformation IQOQI

Das Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften widmet sich der theoretischen und experimentellen Grundlagenforschung auf den Gebieten der Quantenoptik und Quanteninformation. Die Themen der Forschung reichen von den fundamentalen Grundlagen der Quantenphysik bis zu deren Anwendung, unter anderem für die Metrologie, die Sensorik und die Quanteninformationsverarbeitung. Internationalität, weltweite Vernetzung und hochaktuelle Forschungsthemen kennzeichnen die Arbeit des Institutes, das sich zum Ziel gesetzt hat, unabhängige Spitzenforschung auf höchstem Niveau zu betreiben.