Perspektiven optischer Quantenkommunikation

• Antragsteller: Professor Norbert Lütkenhaus, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2001 bis 2007
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5302730

Optische Kommunikation ist ein wichtiger Bestandteil der Informationstechnologie. Im gegenwärtigen Gebrauch werden nur die klassischen Eigenschaften der Signale genutzt. Quantenmechanische Effekte eröffnen den Weg zu neuartigen Anwendungen, so bietet die Quantenkryptographie eine nachweislich abhörsichere Datenübertragung, welche mit klassischen Methoden nicht realisierbar ist. Damit wird eine Grundaufgabe der Informationstheorie gelöst, auf denen andere Protokolle, wie das der Authentifizierung, beruhen. Die notwendigen Abweichungen von dem abstrakten theoretischen Protokoll in quantenoptischen Implementationen begrenzen jedoch die Reichweite und Übertragungsrate. Teilziel dieses Projektes ist es, neue Protokolle zu entwickeln, welche den Anforderungen bezüglich Datenrate und überbrückter Entfernungen genügen, sowie den Sicherheitsbeweis für praktische Systeme zu führen. In der Quantenkommunikation werden Signale und Messungen für eine gewählte Kommunikationsaufgabe optimiert. Andere Messungen, wie die Bellmessung in einem Teleportationsexperiment, verknüpfen unabhängige Systeme. Besondere Bedeutung kommt den Messungen zu, die mit linearen optischen Elementen realisiert werden können, da diese relativ einfach durchzuführen sind. Außerdem sind die üblichen Quantensignale zu schwach, um nichtlineare Effekte ausnutzen zu können. Wir wissen bereits, dass eine wichtige Messung, die Bellmessung für die Teleportation von Polarisationszuständen einzelner Photonen, auf diese Weise nicht vollständig durchgeführt werden kann. Die generelle Frage, welche Messungen mit linearen optischen Elementen durchführbar sind, ist noch weitgehend offen. Ziel des zweiten Teilprojektes ist es, diesen Bereich zu erforschen, da die Resultate wesentliche Bedeutung für einfach realisierbare Quantenkommunikationsaufgaben haben.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen