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Quantenbits ins Glasfasernetz bringen: Start des Projekts QFC-4-1QID

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Ein optisch parametrischer Oszillator als Konzeptstudie eines rauscharmen Quantenfrequenzkonverters (Foto: ILT-Fraunhofer)
Quanteninformationen mit Glasfasern über weite Entfernungen übertragen und damit dem Quanteninternet den Weg bereiten: Mit diesem Ziel starteten das niederländische Forschungszentrum QuTech und das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT am 1. September 2019 das ICON-Projekt QFC-4-1QID. In dieser langfristig angelegten, strategischen Partnerschaft der Forschungsinstitutionen entwickeln die Wissenschaftler Quanten-Frequenzkonverter für die Anbindung von Quantenprozessoren an Glasfasernetze.
Im Rahmen des ICON-Vorhabens ‚Low-Noise Frequency Converters for the First Quantum Internet Demonstrator – QFC-4-1QID‘ beginnt nun die Zusammenarbeit von Fraunhofer ILT und QuTech, dem Institut für Quantentechnologien der Technischen Universität Delft und der Niederländischen Organisation für Angewandte Naturwissenschaftliche Forschung TNO. Die erste Projektphase hat eine Laufzeit von drei Jahren und umfasst gemeinsame Forschungsaktivitäten mit einem Gesamtvolumen von ca. 2,5 Mio. €.
Quantencomputer bieten die Chance, hochkomplexe Berechnungen und Algorithmen in kürzester Zeit auszuführen und die aktuelle Informationstechnologie zu revolutionieren. In einem Quanteninternet lassen sich zukünftig mehrere Quantencomputer abhörsicher verbinden und neue Technologien wie das verteilte Quantencomputing nutzen. Die Photonik ist dabei eine Schlüsseltechnologie: Einzelne Photonen und Quantenzustände lassen sich dank Lasereinsatz gezielt erzeugen, manipulieren und kontrollieren.
Im Projekt QFC-4-1QID entwickeln die Partner Technologien, mit denen sich die Wellenlänge bzw. Frequenz einzelner Photonen gezielt konvertieren lässt, wobei die Quanteninformation nicht beeinträchtigt wird. Ziel ist es, die Photonen anschließend verlustarm durch Glasfasern zu übertragen und Qubits – also die kleinsten Recheneinheiten eines Quantencomputers – über große Entfernungen miteinander zu koppeln.
Eine große Herausforderung ist das Design entsprechender Quanten-Frequenzkonverter mit einer hohen Gesamteffizienz, die zudem nur wenig Rauschen im Ausgangssignal erzeugen. Bisher wurde nur das Grundprinzip von Quanten-Frequenzkonvertern demonstriert. Die technische Umsetzung der Frequenzkonverter mit anwendungsrelevanten Spezifikationen wird im Projekt QFC-4-1QID im ersten Schritt mit Laboraufbauten realisiert. Später folgt die Entwicklung von Prototypen und integrierten Bauteilen.
Der weltweit erste Quanteninternet-Demonstrator der QuTech-Kollaboration (1QID) soll 2022 vier Städte in den Niederlanden verbinden, die jeweils Zugriff auf ein gemeinsames Quantensystem haben.

www.ilt.fraunhofer.de

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