Optische Quantentechnologien

Die neue Kunst des Sehens und Kommunizierens

Optische Quantentechnologien am Fraunhofer IOF

Das Fraunhofer IOF ist ein Pionier in der angewandten Forschung zur Quantentechnologie. Es entwickelt wissenschaftliche und industrielle Anwendungen, genau dort, wo quanten-technologische Systeme ihr revolutionäres Innovationspotential entfalten. Dazu zählen beispielweise die abhörsichere Quantenkommunikation, rauscharme Quantenabbildungssysteme oder fortschrittliche Ionenfallen für Quantencomputer. Das Fraunhofer IOF integriert, optimiert und miniaturisiert quantentechnologische Systeme und nutzt dabei seine Kompetenzen entlang der gesamten quantenphotonischen Prozesskette, von der Modellierung bis zur Systementwicklung, von der Grundlagenforschung bis zur Entwicklung anwendungsfertiger Prototypen.

Wir bieten unseren Kunden anwendungsspezifische und flexible Lösungen an. Im Bereich der Quantenkommunikation überspannt unser Portfolio weltraumgeprüfte Hochleistungsquellen für verschränkte Photonen sowie photonische Systeme auf Basis adaptiver Optik und Leichtgewichtsteleskope für Anwendungen im Weltraum und am Boden.

Montage einer verschränkten Photonenquelle zur Verwendung in der Erdumlaufbahn.

Als Koordinator des Fraunhofer-Leitprojekts QUILT, hat das Fraunhofer IOF exzellenten Zugang zu Quantenabbildungssystemen. Wir entwickelt Hochleistungsquellen für Photonenpaare mit der breitesten Abdeckung des optischen Spektrums: vom Infraroten bis zum Ultravioletten. Unsere Systemlösungen eröffnen neue Anwendungsfelder für Abbildungen mit niedrigster Beleuchtung sowie für Wellenlängenbereiche, die durch klassische Lösungen kaum erschlossen sind. Dadurch erweitern wir die Möglichkeiten mikroskopischer und teleskopischer Abbildungssysteme.


Unser Portfolio in der Quantenphotonik beinhaltet die folgenden Anwendungsfelder:
 

  • Optische Kommunikation mit physikalisch Messbarer Sicherheit
  • Mikroskopie in unentwickelten Wellenlängenbereichen
  • Optische Abbildungen mit minimaler Strahlungsdosis
  • Abbildung und Spektralanalyse in streuenden Medien, wie Gewebe oder Rauch
  • Skalierung von Quantencomputern

Verschränkte Photonenquelle beim Erzeugen von Photonenpaaren

Verschränkte Photonenquelle für satellitengestützte Quantenkommunikation

Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena haben eine stabile, weltraumtaugliche Quelle für verschränkte Photonenpaare entwickelt. Solche verbundenen oder "verschränkten" Photonenpaare sollen in Zukunft in sicheren Verschlüsselungstechnologien verwendet werden. Die Quelle basiert auf einem hybriden Design, bei dem ein nichtlinearer, periodisch gepolter Kristall (ppKTP) von zwei Seiten in der Anordnung eines Sagnac-Interferometers mit einer Leistung von max. 8 mW bei 405 nm gepumpt wird. Die resultierende angeregte »Spontaneous Down Conversion (SPDC)« im Kristall erzeugt polarisationseingekapselte Photonen im Sender- und Empfängerkanal mit einer Rate von bis zu 300.000 Paaren pro Sekunde bei einer Sichtbarkeit dieser Photonenpaare im Bereich von 96-99%.