Eine Photonenquelle für die abhörsichere Kommunikation
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
Weitere Infos
- Originalveröffentlichung
S. Prabhakaret al.: Two-photon quantum interference and entanglement at 2.1 micrometer, Sci. Adv. 6, eaay5195 (2020); DOI: 10.1126/sciadv.aay5195 - AG Photonische Quantentechnologien (M. Kues), Hannoversches Zentrum für optische Technologien, Leibniz-Universität Hannover
- Optoelectronics, Electronic & Nanoscale Engineering, James Watt School of Engineering, University of Glasgow, Großbritannien
