Forschung

Eine Photonenquelle für die abhörsichere Kommunikation

06.04.2020 - Neue Methode zur Erzeugung quantenverschränkter Photonen entwickelt.

Ein Forscherteam aus Großbritannien, Deutschland und Japan hat eine neue Methode zur Erzeugung und zum Nachweis quanten­verstärkter Photonen bei einer Wellen­länge von 2,1 Mikro­metern entwickelt. In der Praxis kommen verschränkte Photonen bei Verschlüs­selungs­verfahren wie dem Quanten­schlüssel­austausch zur Anwendung, um die Tele­kommuni­kation zwischen zwei Partnern gegen Abhör­versuche voll­kommen zu sichern.

Bislang war es technisch nur möglich, solche Verschlüs­se­lungs­mecha­nismen mit verschränkten Photonen im Nahinfrarot-Bereich von 700 bis 1550 Nano­metern umzu­setzen. Diese kürzeren Wellen­längen bringen jedoch Nach­teile gerade in der satelliten­gestützten Kommuni­kation: Sie werden durch Licht absor­bierende Gase in der Atmo­sphäre und die Hinter­grund­strahlung der Sonne gestört. Eine Ende-zu-Ende-Verschlüsse­lung der über­tragenen Daten kann mit der bisherigen Techno­logie somit über­wiegend nur nachts, aber nicht an sonnigen und wolkigen Tagen gewähr­leistet werden.

Dieses Problem will das Team, geleitet Matteo Clerici von der Uni Glasgow, mit seiner Neuent­deckung künftig lösen. Denn die bei zwei Mikro­metern verschränkten Photonen­paare würden deutlich weniger durch Sonnen­strahlung beein­flusst werden. Zudem existieren in der Erdatmo­sphäre gerade für Wellen­längen von zwei Mikro­metern Trans­missions­fenster, sodass die Photonen von den atmo­sphä­rischen Gasen nicht so stark absorbiert werden und eine effek­tivere Kommuni­kation statt­finden kann.

Für ihr Experiment nutzten die Forscher einen nicht­linearen Kristall aus Lithium­niobat. Sie sandten ultra­kurze Licht­pulse eines Lasers durch den Kristall und erzeugten so die verschränkten Photonen­paare mit der Wellen­länge von 2,1 Mikro­metern. „Der nächste ent­scheidende Schritt wird es sein, dieses Verfahren zu miniatu­ri­sieren, indem es in photo­nische inte­grierte Systeme umge­setzt wird, um es massen­produk­tions­tauglich zu machen und es künftig in anderen Anwendungs­zenarien einzu­setzen“, sagt Team-Mitglied Michael Kues von der Uni Hannover.

LUH / RK

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