Aktuelles › Fraun­ho­fer IOF • Quan­ten­tech­no­lo­gien für Com­pu­ting, Kom­mu­ni­ka­tion und Bild­ge­bung auf der HANNOVER MESSE

Fraunhofer IOFQuan­ten­tech­no­lo­gien sind im Wachs­tum. Neu­este Tech­no­lo­gien für die Zukunfts­märkte Com­pu­ting, Kom­mu­ni­ka­tion und Bild­ge­bung prä­sen­tiert das Fraun­ho­fer-Insti­tut für Ange­wandte Optik und Fein­me­cha­nik IOF vom 12. bis 16. April auf der HANNOVER MESSE Digi­tal Edi­tion. Frei­ti­ckets sind auf Anfrage beim Insti­tut verfügbar.

Unter dem Titel »Indus­trial Trans­for­ma­tion« lädt die HANNOVER MESSE als eine der füh­ren­den Wis­sens- und Net­wor­king-Platt­for­men auch in die­sem Jahr wie­der dazu ein, die neu­es­ten Tech­no­lo­gien aus den Berei­chen Indus­trie, Wirt­schaft und Logis­tik zu bestau­nen. Pas­send dazu prä­sen­tiert das Fraun­ho­fer IOF ein umfas­sen­des Port­fo­lio an Quan­ten­tech­no­lo­gien. Sie wer­den auf­grund ihres enor­men Wachs­tums künf­tige Trans­for­ma­ti­ons­pro­zesse takt­ge­bend mitgestalten.

Quan­ten­bild­ge­bung eröff­net neue Mög­lich­kei­ten in der Biomedizin

Die Quan­ten­tech­no­lo­gien erlau­ben uns nicht nur, die Welt im Gro­ßen neu­zu­den­ken. Im Gegen­teil: auch das, was im Klei­nen ver­bor­gen liegt, wird durch neu­este Quan­ten­tech­no­lo­gien sicht­bar. Das kommt ins­be­son­dere der Bio­me­di­zin und Dia­gnos­tik zugute: Ein am Fraun­ho­fer IOF ent­wi­ckel­tes Bild­ge­bungs­sys­tem basie­rend auf »Quan­ten­licht« erlaubt es, die Beleuch­tung einer Probe und die Detek­tion auf der Kamera spek­tral von­ein­an­der zu tren­nen. Das bedeu­tet: Für die Belich­tung einer Probe und das Aus­le­sen am Sen­sor wer­den ver­schie­de­nen Wel­len­län­gen genutzt. Auf diese Weise kön­nen neue Spek­tral­be­rei­che für die Ana­lyse zugäng­lich gemacht wer­den. Gleich­zei­tig kann damit die Effi­zi­enz der Detek­ti­ons­sys­teme erhöht wer­den und so die Strah­len­be­las­tung bei Gewe­be­auf­nah­men redu­ziert werden.

Mit Quan­ten­com­pu­tern in ein neues digi­ta­les Zeitalter

Umfas­sende Ver­än­de­run­gen für Wirt­schaft und Indus­trie, aber auch die Gesell­schaft, wird der Quan­ten­com­pu­ter ansto­ßen. Anders als ein klas­si­scher Com­pu­ter, der nur in zwei Zustän­den »den­ken« kann, näm­lich Null und Eins, macht sich der Quan­ten­com­pu­ter Quan­ten­ef­fekte z. B. ver­schränk­ter Pho­to­nen zu Nutze. Auf diese Weise kön­nen seine Rechen­ein­hei­ten, soge­nannte »QuBits«, meh­rere Zustände zugleich anneh­men. Dies erlaubt ein deut­lich schnel­le­res und effi­zi­en­te­res Arbeiten.

Das Fraun­ho­fer IOF ent­wi­ckelt opti­sche und fein­me­cha­ni­sche Kom­po­nen­ten und Sys­teme für diese Com­pu­ter der nächs­ten Genera­tion. Am Insti­tut wurde im letz­ten Jahr unter ande­rem eine Laser-Adres­sier­op­tik zum Mani­pu­lie­ren von Ionen als Trä­gern von Qubits rea­li­siert. Im Rah­men von AQTION, einem Vor­ha­ben im Rah­men des Quan­ten-Flagg­schiff-Pro­gramms der Euro­päi­schen Union, wird diese Adres­sier­op­tik in eine Ionen­falle der Uni­ver­si­tät Inns­bruck inte­griert, in der in einer spä­te­ren Aus­bau­stufe bis zu 50 Ionen als QuBit-Infor­ma­ti­ons­trä­ger ange­ord­net sind.

Quan­ten­kom­mu­ni­ka­tion für Sicher­heit und Datensouveränität

Quan­ten­com­pu­ter wer­den es not­wen­dig machen, auch aktu­elle Kom­mu­ni­ka­ti­ons­sys­teme neu zu den­ken. Schon heute bedro­hen die neuen Rech­ner wegen ihrer enor­men Rechen­leis­tung unsere infor­ma­ti­ons­tech­ni­sche Sicher­heit. Daten kön­nen jetzt abge­spei­chert und ihre Ver­schlüs­se­lung, beru­hend auf heu­ti­gen Algo­rith­men, spä­ter mit­hilfe leis­tungs­fä­hi­ge­rer Rech­ner aus­ge­le­sen wer­den. Um etwa Wirt­schafts­ge­heim­nisse vor die­sen soge­nann­ten »store now, decrypt later«-Attacken (dt.: »heute spei­chern, mor­gen ent­schlüs­seln«) zu schüt­zen, braucht es neue Verschlüsselungstechnologien.

Eine sol­che neue Tech­no­lo­gie ist der Aus­tausch von Quan­ten­schlüs­seln (kurz: QKD für »Quan­tum Key Dis­tri­bu­tion«). Die QKD zu erfor­schen, ist das Haupt­an­lie­gen von »QuNET«, einer For­schungs­in­itia­tive des Bun­des­mi­nis­te­ri­ums für Bil­dung und For­schung. Auch das Fraun­ho­fer IOF ist daran betei­ligt und schafft, zusam­men mit wei­te­ren For­schungs­part­nern, die Grund­lage für sichere und robuste IT-Netze basie­rend auf Quan­ten­tech­no­lo­gien. Über »QuNET« infor­mie­ren For­sche­rin­nen und For­scher des Fraun­ho­fer IOF auf der HANNOVER MESSE auch am Mes­se­auf­tritt des BMBF.

Eine wesent­li­che tech­ni­sche Kom­po­nente für die hoch­mo­derne Quan­ten­kom­mu­ni­ka­tion ist dabei eine sta­bile, gut in bestehende Sys­teme inte­grier­bare Quelle zur Erzeu­gung ver­schränk­ter Pho­to­nen­paare. Eine »Ent­an­gled Pho­ton Source« (kurz auch »EPS« genannt) ist in den ver­gan­ge­nen Jah­ren am Fraun­ho­fer IOF ent­wi­ckelt wor­den. Sie ist für den Ein­satz im Welt­raum kon­zi­piert und erlaubt die sichere Quan­ten­kom­mu­ni­ka­tion per Satel­li­ten­netz­werk. Die auf der HANNOVER MESSE prä­sen­tierte Licht­quelle steht dabei stell­ver­tre­tend für eine Reihe hoch­spe­zia­li­sier­ter – und an die Anfor­de­run­gen ver­schie­de­ner Ein­satz­sze­na­rios ange­pass­ter – Quan­ten­quel­len. Sie ent­ste­hen im Rah­men des am Fraun­ho­fer IOF neu eta­blier­ten Netz­wer­kes für ange­wandte pho­to­ni­sche Quantentechnologien.

Quan­ten­schlüs­sel­aus­tausch mit­tels Frei­strahl und adap­ti­ver Optiken

Um uni­ver­sell ein­setz­bar zu sein, arbei­ten wis­sen­schaft­li­che Teams im Rah­men von »QuNET« daran, Quan­ten­kom­mu­ni­ka­tion über ver­schie­dene Distan­zen hin­weg zu rea­li­sie­ren. In Jena wer­den zu die­sem Zweck opti­sche Frei­strahl­sys­teme erforscht. Aktu­ell wird eine spe­zi­elle Tele­s­kopp­latt­form getes­tet, die es erlaubt, in kur­zer Zeit einen Frei­strahllink zwi­schen zwei Kom­mu­ni­ka­ti­ons­part­nern auf­zu­bauen. Herz­stück des Sys­tems ist ein effi­zi­en­tes Metall­spie­gel­te­le­skop in Ver­bin­dung mit einer akti­ven Strahl­sta­bi­li­sie­rung. Dadurch kön­nen Ver­bin­dun­gen inner­halb von Städ­ten mit Distan­zen von meh­re­ren hun­dert Metern bzw. eini­gen Kilo­me­tern rea­li­siert werden.

Dar­über hin­aus müs­sen Frei­strahl­sys­teme in der Lage sein, die tur­bu­lente Atmo­sphäre zu durch­que­ren, ohne dass es zu Stö­run­gen am Signal kommt. Der­lei Stö­run­gen kön­nen durch adap­tive Opti­ken kor­ri­giert wer­den. For­sche­rin­nen und For­scher am Fraun­ho­fer IOF ent­wi­ckel­ten dafür adap­tiv-opti­sche Module – auch »AO-Boxen« genannt. Eine AO-Box, die in einer opti­schen Boden­sta­tion bzw. einem Tele­skop ein­ge­setzt wer­den kann, kor­ri­giert tur­bu­lenz­be­dingte Wel­len­front­feh­ler oder kom­pen­siert diese vor­beu­gend. Anschlie­ßend kann das Signal gemes­sen oder an ein Faser­netz­werk über­ge­ben werden.

Live­stream des Fraun­ho­fer IOF auf der HANNOVER MESSE

Die HANNOVER MESSE bie­tet in die­sem Jahr ein viel­fäl­ti­ges Ange­bot an Live­streams. Besu­che­rin­nen und Besu­cher fin­den dort inter­es­sante Inter­views, Gesprächs­run­den und Dis­kus­sio­nen. Am Gemein­schafts­stand der Fraun­ho­fer-Gesell­schaft wird auch das Fraun­ho­fer IOF umfas­send über die Quan­ten­for­schung in Jena informieren:

13. April, 10:30 bis 11:00 Uhr
»Quan­ten­tech­no­lo­gien und ihre Anwen­dungs­po­ten­ziale für Indus­trie und Wirtschaft«
Gespräch mit Prof. Dr. Andreas Tün­ner­mann, Lei­ter des Fraun­ho­fer IOF sowie Spre­cher des stra­te­gi­schen Fraun­ho­fer-For­schungs­fel­des »Quan­ten­tech­no­lo­gien« und Dr. Falk Eilen­ber­ger, Quan­ten­for­scher am Leis­tungs­zen­trum Photonik

Kon­takt

Desi­ree Haak
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
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