Wir entwickeln fortschrittliche End-to-End Systeme zur Quantenkommunikation, basierend auf State-of-the-Art Konzepten. Unser Fokus liegt auf maximaler Bitrate in flexiblen Anwendungsszenarien, basierend auf den neuesten Sicherheitsbeweisen.
Quantenkryptographische Systeme
Entwicklung und Implementierung von komplexen und fortschrittlichen Systemen zur Quantenkommunikation
Ihr Partner
Die Entwicklung von Prototypen und End-to-End Demonstratoren basierend auf den neusten Protokollen zur Quantenkommunikation und des Quantenschlüsselaustausches.
Wir erarbeiten Lösungen zur Hardware-Implementierung von State-of-the-Art Protokollen zur Quantenkommunikation und erstellen daraus eine ziel-orientierte Pipeline zur Extrahierung von ersten sicheren Datenbits.
Leistungsschwerpunkte und Kompetenzen
Förderung zuverlässiger Quantenkommunikations- und QKD-Systeme
Die Nachfrage nach Quantenkommunikations- und Quantum Key Distribution (QKD)-Systemen steigt kontinuierlich. Mit fortschreitender Entwicklung dieser Systeme werden immer mehr zusätzliche Hardwarekomponenten für Überwachung, Stabilisierung und Benutzerfreundlichkeit integriert. Die Bewältigung dieser Komplexität erfordert spezialisierte Expertise, und unsere Forschungsgruppe hat sich der Bereitstellung innovativer Lösungen verschrieben, die genau auf diese komplexen Anforderungen zugeschnitten sind.
Bewältigung der Komplexität der Quantentechnologien
Quantenkommunikation umfasst eine Vielzahl hochentwickelter Technologien, die jeweils entscheidend für den Aufbau robuster und sicherer Systeme sind. Unser Team nutzt ein breites Spektrum modernster Technologien, um umfassende Quantenkommunikationssysteme zu entwickeln. Hier einige Beispiele im Zusammenhang mit der Zeit-, Frequenz- und Polarisations-Domaine:
- Im Zeitbereich spielen ultra-stabile Uhren eine wesentliche Rolle bei der signifikanten Reduzierung zeitlicher Drifts und der Verbesserung der Systempräzision. Referenzlaser ermöglichen eine direkte Verbindung und reduzieren die differentiellen Zeitdrifts erheblich. Alternativ können Post-Processing-Techniken, die auf verteilten Quanteninformationen basieren, eingesetzt werden, um den Hardwareaufwand zu verringern.
- Im Frequenzbereich ist ein Laser mit ausreichend schmaler Bandbreite erforderlich, um zwei temporale Modi im BB84-Protokoll zu interferieren. Fortgeschrittene Protokolle wie Measurement-Device-Independent (MDI) oder Twin-Field QKD erfordern zusätzlich Hz-skalige differentielle Drifts der Wellenlänge, was die Komplexität der Quelle erheblich erhöht.
- Die Polarisationskontrolle ist ein weiterer kritischer Aspekt, bei dem Expertise in polarisationsbasierten Kodierungen, wie im BBM92-Protokoll, sowie in interferenzbasierten Protokollen wie MDI unerlässlich ist. Zuverlässige Rückkopplungsmechanismen und physikalische Anpassungen mittels Faser-Squeezer, Faser-Paddels, Wellenplatten und anderen Werkzeugen werden implementiert, um die Polarisation zu stabilisieren, was für die sichere Übertragung von Quanteninformationen von entscheidender Bedeutung ist.
Entwicklung von optischen Systemen für verschiedene QKD-Protokolle und darüber hinaus.
Aufbau Integrierter Quantensysteme
Unsere Aufgabe besteht darin, diese vielfältigen Technologien zu kohäsiven, leistungsstarken Quantenkommunikationssystemen zu integrieren, die auf Ihre spezifischen Bedürfnisse zugeschnitten sind. Ob Sie eine umfassende Systemgestaltung oder gezielte Unterstützung in bestimmten Bereichen benötigen, wir bieten die Expertise, um jeden Aspekt Ihrer Quantenkommunikationsprojekte zu managen und zu optimieren. Dazu gehören:
- Umfassende Systemgestaltung:
Beratung zu einer breiten Palette von Protokollen oder vollständige End-to-End-Systementwicklung, von Photonenquellen bis zur sicheren Schlüsselerzeugung. - Praktische Sicherheitslösungen:
Sicherheitsnachweise, die auf Ihre Hardware zugeschnitten sind sowie Quantum Hacking-Dienstleistungen zur Identifizierung und Behebung potenzieller Schwachstellen. - Kollaborative Innovation:
Partnerschaften mit Branchenführern und exzellenten Forschungseinrichtungen, um die Grenzen der Quantenkommunikation zu erweitern.
Warum Sie mit Uns zusammenarbeiten sollten
Die Navigation durch die komplexe Landschaft der Quantentechnologien kann herausfordernd sein. Unsere Erfahrung liegt genau darin, diese Komplexitäten zu managen und sicherzustellen, dass Ihre Projekte optimale Leistung und Sicherheit erzielen. Durch die Zusammenarbeit mit uns erhalten Sie Zugang zu einem Team, dass das feine Zusammenspiel verschiedener Quantentechnologien versteht und Lösungen liefern kann, die Ihren einzigartigen Anforderungen entsprechen.
Unsere Dienstleistungen umfassen:
- Quanteninformationsverarbeitung für QKD
- Entwicklung optischer Konzepte und Systeme für die Quantenkommunikation
- Praktische Sicherheitsnachweise und Quanten-Hacking für Ihre Anwendungen
Lassen Sie uns Ihnen helfen, sich im "Dschungel" der Quantentechnologien zurechtzufinden.
Kontaktieren Sie unser Team, um zu erfahren, wie wir Ihre Initiativen zur Quantenkommunikation unterstützen und Innovationen vorantreiben können.
Märkte und Anwendungen
Unsere Expertise in Quantenkryptographiesystemen kommt in den folgenden Anwendungsfeldern zur Anwendung:
- Sichere Finanztransaktionen
- Regierungs- und Militärkommunikation
- Telekommunikationsinfrastruktur
- Datenschutz im Gesundheitswesen
- Wissenschaftliche Forschung und Datenintegrität
- Und vieles mehr...
Beispiele:
- Implementierung von QKD in Satellitenkommunikation
- Sicherer Schlüsselaustausch für Cloud-Computing-Dienste
- Verbesserte Verschlüsselung für IoT-Geräte
Sichere Datenübertragung für kritische Infrastrukturen
Ihre Vorteile der Zusammenarbeit mit uns
- Expertise:
Umfassendes Design und Aufbau von Quantenkryptosystemen. - End-to-End Lösungen:
Von der Konzeptentwicklung bis zur Implementierung, einschließlich Aufbau, Anpassung und Erstellung von Postprocessing-Routinen. - Compliance und Assurance:
Sicherstellung hoher Standards der Produktabsicherung, insbesondere in Raumfahrtprojekten. - Innovative Ansätze:
Nutzung fortschrittlicher Technologien und Methoden, um im sich schnell entwickelnden Bereich der Quantenkommunikation führend zu bleiben.
Technische Ausstattung
| Prüfstände | |
| Freistrahl-Link | 1,7 km Freistrahl-Link |
| Innerstädtischer Faser-Link | 70 km innerstädtische Glasfaserverbindung zwischen Jena und Erfurt verlegt |
| Optische Ausrüstung | |
| Ultra-rauscharmer Erbium-Faserlaser | Laser mit 1550 und 1560 nm für interferometrische Anwendungen (Phasenrauschen -105 dB(Rad/sqrt(Hz)/m) bei 1 Hz), einschließlich schneller Wellenlängenmodulation bei 20 kHz |
| Ultra rauscharmer optischer Frequenzkamm | Optischer Frequenzkamm, optional mit Rubidium-Referenz gesperrt. Genauigkeit 1E-17 (Tau >100s), Stabilität 1E-16 in 1s, 1E-18 in 1000s, integriertes Phasenrauschen <100 mrad (100 Hz - 2 MHz) |
| Variable optische Verzögerungsleitungen | Verzögerungsleitungen mit integrierten Piezospiegeln zur Phasenabstimmung, Präzision < 1 ps und Bereich bis zu 1 ns. |
| Unausgewogenes Interferometer | Interferometer zur Dekodierung des Zeit-Phasen-Quantenzustands mit integriertem Piezospiegel zur Phasenabstimmung. Präzision < 1 ps, Ungleichgewicht bis zu 1 ns. |
| Elektro-optische und elektrische Geräte | |
| Nanodraht-Einzelphotonen-Detektoren | Messung von Photonen mit 95 % Detektionseffizienz bei 1550 nm und ultrahoher Zeitpräzision (< 15 ps, RMS) |
| Zeitmessgeräte | Messung der Ankunftszeit der Photonen mit hoher Präzision (<3 ps RMS) |
| GPS-gesteuerte atomare Referenz | Uhr auf Basis einer Rubidium-Dampfzelle mit Kurzzeitstabilität < 3E-12 bei 1s, <3E-12 bei 10 s und <1E-12 bei 100 s. Alterung < 3E-11 / Monat |
| Elektrooptische Hochgeschwindigkeitsmodulatoren (EOM) | Modulatoren bei 800 und 1550 nm mit einer Geschwindigkeit von bis zu 40 GHz. Amplitudenmodulatoren mit einem Extinktionsverhältnis von bis zu 40 dB. Phasenmodulatoren mit einer Vpi von bis zu 3,5 V. |
| Breitbandige elektrische Hochgeschwindigkeitsverstärker | Verstärker, die EOMs mit ultrakurzen Impulsen mit ausreichender Amplitude ansprechen. Bandbreite von mindestens 25 GHz. Typische Verstärkung von 29 dB. |
| Arbiträre Wellenformgeneratoren (AWG) | AWGs für das Prototyping. Zeitauflösung <10 ps, Bandbreite 16 GHz, Abtastrate 50 GS/s, 2 GSample-Speicher |
| Feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGA) | Zynq™ UltraScale+™ RFSoC ZCU216 Evaluierungskit |
| Hochgeschwindigkeits-Echtzeit-Oszilloskope | Bandbreite 16 GHz, Triggerjitter 10 fs, bis zu 100 GS/s Abtastung, Rauschen 0,71% vom Skalenendwert bei 50 mV/Div |
| Hochgeschwindigkeits-Lichtwellenleiter-Empfänger | Charakterisierung eines optischen Signals mit niedrigem Pegel bei 800-1650 nm, Anstiegszeit 32 ps, Singlemode, Umwandlungsverstärkung 800 V/W |
Our Research Strength
Patente und weitere Informationen
Patent:
EP4199412A1, Method for All-Optical Passive Decoy-State Quantum Key Distribution, Steinlechner et al.
Projekte:
- Projekt MANTIS (BMFTR), Messgeräteunabhängige QKD für kritische Infrastrukturen
- Projekt TwinkleStar (ESA), QUANTEN-SCHLÜSSELVERTEILUNGS-ARCHITEKTUR VON RAUM ZU GLASFASER AUF DER GRUNDLAGE EINES ZWEI-FELD-PROTOKOLLS
- Projekt QUASI (ESA), KONZEPT DER VERTEILTEN QUANTENSENSORIK, DAS DURCH SATELLITENKOMMUNIKATION ERMÖGLICHT WIRD
- Projekt SatQC (ESA), DURCHFÜHRBARKEITSSTUDIE ÜBER VERTEILTES QUANTENCOMPUTING MIT HILFE VON SATELLITENKOMMUNIKATION
- Projekt Qunet (BMFTR), Schlüsselexperiment 3 (Flugkampagne), verschränkungsbasierte Quantenschlüsselverteilung aus einem Flugzeug
