Hochdimensionalität durch Pulsmoden; im Verbundprojekt: Quantum information and communication with high-dimensional encodings

Abstract

Im Rahmen des QuantERA Verbundes QuICHE untersuchte die Universität Paderborn (UPB) in diesem Teilprojekt hochdimensionale Quantenschlüsselverteilung mit Zeit-Frequenz-Kodierungen. Gemäß dem Arbeitsplan wurde eine Quantenlichtquelle entwickelt, welche Zeit-Frequenz-verschränkte Photonenpaare mit einer einstellbaren Dimensionalität – diese entspricht der Größe des Kodierungs-Alphabets – erzeugt. Experimentell wurden Dimensionalitäten zwischen eins und 21 nachgewiesen. Weiterhin wurde ein mehrdimensionaler Dekoder entwickelt, der verschiedene Zeit-Frequenz-Kodierungen auslesen kann. Bei diesem Bauteil können Größe des Kodierungsalphabets sowie die Art der Kodierung rein softwareseitig, das heißt, ohne Änderung der experimentellen Hardware, ausgewählt werden, was eine bisher unerreichte Flexibilität gewährt. In Zusammenarbeit mit Verbundpartnern wurde weiterhin eine optimierte Architektur für experimentelle hochdimensionale Quantenschlüsselverteilung identifiziert, welche mit den entwickelten Bauteilen kompatibel ist. Der in dieser Architektur verwendete Dekoder wurde inzwischen patentrechtlich geschützt. Die Arbeiten in diesem Projekt verliefen überwiegend gemäß der Teilvorhabenbeschreibung. Allerdings konnte die finale experimentelle Demonstration der hochdimensionalen Quantenschlüsselverteilung aufgrund von Verzögerungen bei der Lieferung von Kernkomponenten des experimentellen Aufbaus nicht fertiggestellt werden. Dies wird derzeit im Nachgang des Projekts fertiggestellt.