Optische Quantentechnologien

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.

Unser Leistungsangebot:

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.

Als Koordinator des Fraunhofer-Leitprojekts QUILT hat das Fraunhofer IOF exzellenten Zugang zu Quantenabbildungssystemen. Wir entwickeln 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 Quantenoptik 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

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Fraunhofer IOF haben eine stabile, weltraumtaugliche Quelle für verschränkte Photonenpaare entwickelt. Solche verbundenen oder »verschränkten« Photonenpaare sollen in Zukunft in sicheren Verschlüsselungstechnologien (wie bei der sogenannten »Quantum Key Distribution«, kurz: QKD) verwendet werden. In der Photonenquelle wird ein nichtlinearer, periodisch gepolter Kristall von zwei Seiten in der Anordnung eines Sagnac-Interferometers gepumpt. Die resultierende spontane parametrische Fluoreszenz (Spontaneous Down Conversion, SPDC) im Kristall erzeugt polarisationsverschränkte Photonen im Sender- und Empfängerkanal. Die Quelle wird kontinuierlich weiterentwickelt und gehört zu den leistungsfähigsten Hardwarelösungen in der Quantenkommunikation.

Wissenschaftler des Fraunhofer IOF haben eine Methode entwickelt, mit der sich lichtempfindliche Proben über lange Zeit mit hoher Auflösung beobachten lassen. Diese Technologie ist besonders für den Bereich der Life Sciences relevant, da beispielsweise Gewebeproben kontrast- und informationsreich abgebildet werden können, ohne dass dabei Zellen beschädigt oder gar zerstört werden. Ermöglicht wird dies durch die Quantentechnologie. Mithilfe eines sogenannten »Einkristall-Setups« ist es den Wissenschaftlern gelungen, Quantenbilder und -videos zu generieren.

Die Vorteile der Quantenphysik für Anwendungen in der Bildgebung werden am Fraunhofer IOF im Rahmen des Leitprojekts QUILT (Quantum Methods for Advanced Imaging Solutions) untersucht.