Projektpartner
Das QR.X Konsortium setzt sich aus fast 40 akademischen Partner zusammen, die sich über die 4 Plattformen und ganz Deutschland verteilen (siehe Grafik). Außerdem finden sich weitere Partner in wirtschafsnahen Instituten sowie Unternehmen, welche zusammen die gesamte Wertschöpfungskette abdecken. Die einzelnen Partner und ihre Rolle innerhalb des Forschungsverbundes sind im Folgenden kurz vorgestellt.
 | QR-D (Farbzentren in Diamant) |
 | QR-H (Halbleiter-Quantenpunkte) |
 | QR-A (Einzelne Ionen und Atome) |
 | QR-T (Theorie) |
 | Akademische Partner |
 | Nicht-akademischer Partner |
Prof. Dr. Holger Boche (Plattformleiter QR-T)
Standort: Technische Universität München
Ziele: Resilienz gegen Attacken/Ausfälle, Semantische Sicherheitsanalyse als Basis für Kryptoanalyse und Zertifizierung.
Prof. Dr. Dagmar Bruß
Standort: Heinrich-Heine Universität Düsseldorf
Ziele: Netzwerkstrukturen für Quantenrepeater: Quanten‐router für multipartite Verschränkungsverteilung; Konferenzschlüsselver‐teilung und multipartite QKD; Quantenrouter mit Multiplexing; Destillierung und Kodierung in QR‐Netzwerken; (Quantenrepeater im Weltraum)
Dr. Deppe (Plattformleiter QR-T)
Standort: Technische Universität München
Ziele: Herstellung und Miniaturisierung hochwertiger optischer Faser‐Resonatoren, die in Faserstrecken integriert sind und als Schnittstellen mit materiellen Qubits und Quantenspeichern dienen.Betrachtung von „Campus‐Umgebungen“, Quantenrepeatern in Quantenkommunikationsnetzwerken, Verschränkung als Ressource, Distributed Computing via Quantenrepeater.
Prof. Dr. Jens Eisert
Standort: Freie Universität Berlin
Ziele: Multipartite Quantennetzwerke „beyond point‐to‐point QKD“; praktische und effiziente Verfahren zur Verifikation von QR‐Komponenten; Simulationsplattform von Quantenrepeatern
Prof. Dr. Frank Jahnke
Standort: Universität Bremen
Ziele: Simulation quantenoptischer Eigenschaften von Quantenpunktmolekülen und Aufzeigen von Optimierungsmöglichkeiten für experimentelle Partner; Untersuchung der kontrollierten, zeitlichen Zustandsmanipulation mittels Dichtematrixmethoden basierend auf experimentell festgelegten und mikroskopische berechneten Vielteilchenzuständen.
Prof. Dr. Martin Plenio
Standort: Universität Ulm
Ziele: Simulationstool für Protokolle zur Quantenverschlüsselung mit Annahme realistischer Komponenten und Anwendung auf deren Optimierung; Entwicklung neuer Quellen für Clusterzustände auf Basis von Farbzentren und Methoden der Verifizierung dieser Zustände; Unterstützung der experimentellen Aktivitäten in den Ulmer Gruppen Jelezko und Kubanek.
Prof. Dr. Peter van Loock (Plattformleiter QR-T)
Standort: Johannes Gutenberg Universität Mainz
Ziele: Erweiterte Modellierung und Performance‐Analyse realer und skalierbarer Quantenrepeater‐Systeme; theoretische Adaptation hybrider Ansätze an die experimentellen Plattformen; Adaptation, Analyse und Vergleich höherer Repeater‐Generationen inkl. Quantenfehlerkorrektur.
Prof. Dr. Jürgen Eschner (Plattformleiter QR-A)
Standort: Universität des Saarlandes
Ziele: Aufbau, Test & Stabilisierung einer lokalen Faserteststrecke zur hybriden Spin‐Photon‐Verschränkung (QR‐Segment) mit SnV‐Zentren und Ca+‐Ionen; Verschränkungsverteilung über Telekom‐Faserstrecke inkl. Quantenfrequenzkonversion und 2‐Qubit‐Gatter. Multiplexing mit >2 Ionen.
Prof. Dr. Michael Köhl
Standort: Universität Bonn
Ziele: Herstellung und Miniaturisierung hochwertiger optischer Faser‐Resonatoren, die in Faserstrecken integriert sind und als Schnittstellen mit materiellen Qubits und Quantenspeichern dienen.
Prof. Dr. Stefan Linden
Standort: Universität Bonn
Ziele: Herstellung und Miniaturisierung hochwertiger optischer Faser‐Resonatoren, die in Faserstrecken integriert sind und als Schnittstellen mit materiellen Qubits und Quantenspeichern dienen.
Prof. Dr. Gerhard Rempe
Standort: Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching
Ziele: Steigerung der Leistungsfähigkeit (Güte/Effizienz/Speicherzeit) einer Quanten‐Repeater‐Zelle basierend auf zwei einzeln addressierbaren Rb‐Atomen in einem optischen Resonator; Aufbau einer Quanten‐Repeater‐Strecke mit zwei Quanten‐Repeater‐Zellen; Verschränkungsverteilung über Telekomfasern.
Prof. Dr. Harald Weinfurter (Plattformleiter QR-A)
Standort: Ludwig-Maximilians-Universität München
Ziele: Entwicklung und Demonstration eines Quantensegements zwischen München und Garching und Verbindung mehrerer Quantenspeicher.
Prof. Dr. Christoph Becher (Sprecher QR.X)
Standort: Universität des Saarlandes
Ziele: Aufbau, Test & Stabilisierung einer lokalen Faserteststrecke zur hybriden Spin‐Photon‐Verschränkung (QR‐Segment) mit SnV‐Zentren und Ca+‐Ionen. Verschränkungsverteilung über Telekom‐Faserstrecke inkl. Quantenfrequenzkonversion und 2‐Qubit‐Gatter.
Prof. Dr. Oliver Benson (Plattformleiter QR-D)
Standort: Humboldt-Universität zu Berlin
Ziele: Entwicklung von Modulen für Transfer von Verschränkung und Integration der Module in Aufbauten an Faserteststrecken; Frequenztuning von Photonen für Ununterscheidbarkeit; Defekte in Nanostrukturen u.a. für Quantengatter und Clusterzustandserzeugung
Prof. Dr. David Hunger (Plattformleiter QR-D)
Standort: Karlsruher Institut für Technologie
Ziele: Optimierte Faserresonatorplattform für NV und SiV, Integration in Demonstratoren (Stuttgart, Ulm); neue, miniaturisierte Systeme; Entwicklung designierter kompakter Kryostate mit effizienter Mikrowellenintegration, Vektormagnet und geringstem Vibrationsniveau.
Dr. Thomas Hümmer
Standort: Ludwig-Maximilians-Universität München, Qlibri
Ziele: Entwicklung und Bereitstellung von robusten, skalierbaren Tieftemperatur‐Faserresonatorplattformen incl. Kontroll Soft‐ & Hardware, Integration von Mikrowellenkomponenten und Anpassung an Kryostaten als Bauelement für den Einsatz außerhalb von Laborumgebungen (Repeater Demonstrator)
Prof. Dr. Fedor Jelezko
Standort: Universität Ulm
Ziele: SiV‐Demonstrator: QR‐Segment und Spin‐Photon‐Verschränkung; Quantenspeicher auf der Basis von SiV und experimentelle Demonstration der Verschränkung zweier Knoten (innerhalb eines Kryostaten); Protokolle der Quantenfehlerkorrektur Einweg‐Quantenrepeater‐Protokoll unter Verwendung photonischer Vielteilchen‐Zustände; Entwicklung von Kontrollprotokollen; Simulation von Protokollen in Quantenrepeaternetzwerken mit realen Parametern.
Dr. Florian Kaiser
Standort: Universität Stuttgart
Ziele: Aufbau eines zweiten Knotens für den Demonstrator, d.h. verteilte Verschränkung zweier NV‐Zentren; Integration von Faserresonatoren; neue Konzepte zur Optimierung Spinkohärenz und Fehlerkorrektur.
Prof. Dr. Alexander Kubanek
Standort: Universität Ulm
Ziele: SiV‐Demonstrator: QR‐Segment und Spin‐Photon‐Verschränkung; Quantenspeicher auf der Basis von SiV und experimentelle Demonstration der Verschränkung zweier Knoten (innerhalb eines Kryostaten); Protokolle der Quantenfehlerkorrektur Einweg‐Quantenrepeater‐Protokoll unter Verwendung photonischer Vielteilchen‐Zustände; Entwicklung von Kontrollprotokollen; Simulation von Protokollen in Quantenrepeaternetzwerken mit realen Parametern.
apl. Prof. Dr. Cyril Popov
Standort: Universität Kassel
Ziele: Herstellung optimierter photonischer Strukturen und Resonatoren (PhC, Wellenleiter, Ein‐/Aus‐Koppler) mit NV‐ und SiV‐Zentren.
Prof. Dr. Sven Ramelow
Standort: Humboldt-Universität zu Berlin
Ziele: Entwicklung von Modulen für Transfer von Verschränkung und Integration der Module in Aufbau an Faserteststrecke (HHI); Frequenztuning von Photonen für Ununterscheidbarkeit; Defekte in Nanostrukturen u.a. für Quantengatter und Clusterzustandserzeugung.
Prof. Dr. Ferdinand Schmidt-Kaler
Standort: Johannes Gutenberg Universität Mainz
Ziele: Testen und Weiterentwickeln von Modulen (i.W. SiV) bei niedrigen Temperaturen, Integration, Untersuchung von SiV‐Mikrostrukturen; Hochskalierung und Miniaturisierung von Komponenten; Verbesserung d. Qualität der Zentren durch Hochtemp.‐Anealing und e‐Bestrahlung
Dr. Tim Schröder
Standort: Humboldt-Universität zu Berlin
Ziele: Entwicklung von Modulen für Transfer von Verschränkung und Integration der Module in Aufbau an Faserteststrecke (HHI); Frequenztuning von Photonen für Ununterscheidbarkeit; Defekte in Nanostrukturen u.a. für Quantengatter und Clusterzustandserzeugung.
Prof. Dr. Christine Silberhorn
Standort: Universität Paderborn
Ziele: Entwicklung einer ultraschnellen kryogenen Elektronik zur Steuerung von Quantenpunktmolekülen welche in pin‐Schottkydioden eingebaut sind. Realisierung von Diodenstrukturen, und zwar Schottky‐ wie auch pin‐Strukturen mit eingebetteten Quantenpunktmolekülen (QDM) zur Nutzung als Quantenspeicher.
Prof. Dr. Wolfgang Wernsdorfer
Standort: Karlsruher Institut für Technologie
Ziele: Optimierte Faserresonatorplattform für NV und SiV, Integration in Demonstratoren (Stuttgart, Ulm); neue, miniaturisierte Systeme; Entwicklung designierter kompakter Kryostate mit effizienter Mikrowellenintegration, Vektormagnet, und geringstem Vibrationsniveau.
Prof. Dr. Jörg Wrachtrup
Standort: Universität Stuttgart
Ziele: Aufbau eines zweiten Knotens für den Demonstrator, d.h. verteilte Verschränkung zweier NV‐Zentren; Integration von Faserresonatoren; neue Konzepte zur Optimierung Spinkohärenz und Fehlerkorrektur.
Prof. Dr. Manfred Bayer
Standort: Universität Dortmund
Ziele: Erzeugung eines Kernspin‐Polaran Zustands und Verlängerung der Elektronenspin‐Kohärenz. Übertragung des Photonenzustands auf die Kernspins unter Verwendung von Elektronenspins als Hilfs‐Qubit.
PD. Dr. Mohamed Benyoucef
Standort: Universität Kassel
Ziele: Herstellung von Quantenpunkten und Quantenpunktmolekülen, die im Telekom C‐Band emittieren. Herstellung von hochwertigen Resonatoren auf InP Basis un Optimierung von pin‐/Schottky‐Diodenstrukturen. Herstellung optimierter photonischer Strukturen und Resonatoren (PhC, Wellenleiter, Ein‐/Aus‐Koppler); deterministische Kopplung photonischer Strukturen mit NV‐ und SiV‐Zentren
Prof. Dr. Fei Ding
Standort: Leibniz‐Universität Hannover
Ziele: Entwicklung von Einzelphotonenquellen und Photonenpaarquellen und Untersuchung dieser Quellen auf einer Teststrecke (Hannover‐ Braunschweig) zusammen mit einem Synchronisationssignals. Der Fokus wird hierbei auch auf Zeit‐, Frequenz‐ und Polarisationsstabilisierung liegen.
Prof Dr. Jonathan Finley
Standort: Technische Universität München
Ziele: Demonstration einer QR‐Zelle, welche auf Photonenpaaren basiert, die von zwei Spins in einem einzelnen QD‐Molekül (QDM) erzeugt werden. Realiserung einer deterministischen Quelle von 2D‐Repeater Graphzuständen.
Prof. Dr. Harald Giessen
Standort: Universität Stuttgart
Ziele: Entwicklung von Mikroresonatoren mit geladenen Quantenpunkten für das Telekom C‐Band. Realisierung eines Experiments zur Verschränkungsverteilung im Telekom C‐Band (QR Segment). Herstellung von modularen, fasergekoppelten, zusammensteckbaren standardisierten Komponenten für die Quantenrepeaterstrecke. Steigerung der Schnittstelleneffizienz von Quantenknoten.
Prof. Dr. Sven Höfling (Plattformleiter QR-H)
Standort: Universität Würzburg
Ziele: Demonstration einer Quantenrepeater‐Strecke durch Kombination von zwei QR‐Segmenten und einer QR‐Zelle zwischen zwei Endknoten und einer Zwischenstation. Entwicklung von Mikrokavitäten (micropillars) bei 1550 nm für die Realisierung eines QR Segments mittels Spin‐Photon Verschränkung und die Erzeugung von „Photonic Cluster Zuständen“.
Prof. Dr. Klaus Jöns
Standort: Universität Paderborn
Ziele: Entwicklung einer ultraschnellen kryogenen Elektronik zur Steuerung von Quantenpunktmolekülen welche in pin‐Schottkydioden eingebaut sind. Realisierung von Diodenstrukturen, und zwar Schottky‐ wie auch pin‐Strukturen mit eingebetteten Quantenpunktmolekülen (QDM) zur Nutzung als Quantenspeicher.
Dr. Arne Ludwig
Standort: Ruhr-Universität Bochum
Ziele: Herstellung von Quantenpunkt‐Molekülproben mit hoher Lichtauskopplung. Ladungsträgerfluktuationen und daraus resultierende Dephasierungsprozesse werden durch den Einbau von Dotier‐ und Barrierenschichten an optimalen Positionen minimiert.
Prof. Dr. Peter Michler (Plattformleiter QR-H, stellv. Sprecher QR.X)
Standort: Universität Stuttgart
Ziele: Entwicklung von Mikroresonatoren mit geladenen Quantenpunkten für das Telekom C‐Band. Realisierung eines Experiments zur Verschränkungsverteilung im Telekom C‐Band (QR Segment). Herstellung von modularen, fasergekoppelten, zusammensteckbaren standardisierten Komponenten für die Quantenrepeaterstrecke. Steigerung der Schnittstelleneffizienz von Quantenknoten.
Prof. Dr. Stephan Reitzenstein
Standort: Technische Universität Berlin
Ziele: Integration von einzelnen Quantenpunktmolekülen mittels in‐situ Elektronenstrahllithographie in elektrisch kontrollierbare Bauelemente mit Ringresonator. Flip‐Chip Bonding der Bauteile auf Piezoelemente zur spektralen Abstimmung.
Prof. Dr. Dirk Reuter
Standort: Universität Paderborn
Ziele: Entwicklung einer ultraschnellen kryogenen Elektronik zur Steuerung von Quantenpunktmolekülen welche in pin‐Schottkydioden eingebaut sind. Realisierung von Diodenstrukturen, und zwar Schottky‐ wie auch pin‐Strukturen mit eingebetteten Quantenpunktmolekülen (QDM) zur Nutzung als Quantenspeicher.
Prof. Dr. Oliver G. Schmidt
Standort: Technische Universität Chemnitz
Ziele: Quantenrepeater‐Zelle auf Basis eines hybriden Quantensystems von verschränkter Halbleiter‐Quantenpunktphotonenpaarquelle und diamant‐basiertem Quantenspeicher durch Entwicklung von effizienten Quantenfrequenzkonvertern sowie durch Anpassung der spektralen Bandbreiten beider Systeme.
Prof. Dr. Andreas Wieck
Standort: Ruhr-Universität Bochum
Ziele: Herstellung von Quantenpunkt‐Molekülproben mit hoher Lichtauskopplung. Ladungsträgerfluktuationen und daraus resultierende Dephasierungsprozesse werden durch den Einbau von Dotier‐ und Barrierenschichten an optimalen Positionen minimiert.
Dr. Klaus-Peter Federsel
Standort: HighFinesse GmbH, Tübingen
Ziele: Für die Konversion einzelner Photonen in den Telekom‐Wellenlängenbereich ist eine Stabilisierung der involvierten Laserfrequenzen der Konversionslaser zwingend notwendig. Die Stabilisierung ermöglicht den unabhängigen Betrieb von Quantenfrequenzkonversionseinheiten an unterschiedlichen Orten. Hierfür entwickelt die HighFinesse GmbH ein interferometrisches Stabilisierungsinstrument, wobei Partner UDS die Rolle des Evaluators einnimmt.
Speziell für Einzelphotonenquellen in Festkörpersystemen ist eine Stabilisierung der Lichtfrequenz notwendig. HighFinesse plant hierfür ein auf Lichtsensitivität optimiertes, hochempfindliches Stabilisierungsinstrument für Halbleiter‐Quantenpunkte (Wellenlängenbereich 900‐950 nm, Evaluator UWÜ) zu entwickeln.
Beide Systeme werden mit einem Fasereingang als Schnittstelle in Rack‐Format realisiert und sind Schlüsselkomponenten, die entscheidende Beiträge zur praktischen Umsetzung von Quantenrepeatern liefern.
Assoziierte Plattform: QR-D und QR-H
Prof. Dr.-Ing. Ronald Freund
Standort: Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, Berlin
Ziele: Aufbau, Test & Stabilisierung einer lokalen Faserteststrecke zur hybriden Spin‐Photon‐Verschränkung (QR‐Segment) mit SnV‐Zentren und Ca+‐Ionen; Verschränkungsverteilung über Telekom‐Faserstrecke inkl. Quantenfrequenzkonversion und 2‐Qubit‐Gatter. Multiplexing mit >2 Ionen.
Assoziierte Plattform: QR-D
Dr. Marc Geitz
Standort: Deutsche Telekom AG / Telekom Innovation Laboratories, Berlin
Ziele: Aufbau eines Testbeds unter Industriebedingungen zur Verprobung und Integration von Bauteilen zukünftiger Quantenkommunikationsnetzwerke in die bestehenden Architekturen einen Telekommunikationsproviders. Dies umfasst:
- Verständnis der betrieblichen Anforderungen an die Telekommunikationsnetze
- Experimentelle Durchführung der Verschränkungsübertragung,
Kopropagation klassischer und quantenmechanischer Zustände. - Durchführung einiger Meilensteinexperimente im industriellen Umfeld, z.B.
Quanten Teleportation oder ein Entanglement Swapping. - Darstellung und Ausführung der Integration der Bauteile in eine
Netzwerkarchitektur und Demonstration von Kommunikationsdiensten auf
deren Basis.
Die experimentellen Ziele sollen gemeinsam mit der HUB und dem HHI erreicht werden, bestenfalls mit der Realisierung eines gemeinsamen Quanten Testbeds im Berliner Raum.
Assoziierte Plattform: QR-D
Prof. Dr. Stefan Kück
Standort: Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig
Ziele: Aufbau einer Quantenrepeater‐Teststrecke zwischen PTB und der Uni Hannover um quantenkryptographisch verschlüsselte Informationen zu versenden. Modifkation der Glasfaserstrecke PTB ‐ Hannover, dass die Anforderungen an eine Quantenrepeater‐Verbindung unter Beibehaltung der Zeit‐ und Frequenzübertragungseingenschaften erfüllt werden. Dies bedeutet die Implementierung geeigneter Frequenzweichen, die eine simultane Übertragung verschränkter Photonen und optischer Referenzfrequenzen ohne gegenseitige Störung ermöglichen.
Assoziierte Plattform: QR-H
Dr. Harald Schnatz
Standort: Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig
Ziele: Aufbau einer Quantenrepeater‐Teststrecke zwischen PTB und der Uni Hannover um quantenkryptographisch verschlüsselte Informationen zu versenden. Modifkation der Glasfaserstrecke PTB ‐ Hannover, dass die Anforderungen an eine Quantenrepeater‐Verbindung unter Beibehaltung der Zeit‐ und Frequenzübertragungseingenschaften erfüllt werden. Dies bedeutet die Implementierung geeigneter Frequenzweichen, die eine simultane Übertragung verschränkter Photonen und optischer Referenzfrequenzen ohne gegenseitige Störung ermöglichen.
Assoziierte Plattform: QR-H
Dr. Enrico Vogt
Standort: Qubig GmbH, München
Ziele: Steigerung der Quantenkommunikationsrate durch Multiplexing, d.h. durch das parallele Adressieren mehrerer Quantensysteme und den parallelen Austausch von Photonen.
- Entwicklung und Demonstration von verlustarmen elektro‐optischen Deflektoren (EOD) zum raum‐zeitlichen Multiplexing von Einzelphotonen
- Einsatz von EODs an Halbleiterquantenpunkten und Farbzentren in verschiedenen Szenarien
Beispielhafte Anwendungsfälle sind die Einkopplung von Einzelphotonen aus mehreren Quantenpunkt‐, Farbzentren‐ oder Einzelatom‐Emittern in dieselbe optische Faser mit Repetitionsraten von ~80MHz, das schnelle Schalten (<1ns) zwischen Fasern zur Laser‐Anregung und zur Einzelphotonextraktion, sowie die Verteilung von Einzelphotonen aus derselben Quelle in mehrere Fasern. Die hohe Transmission der EODs (>99%) ist ein Schlüsselkriterium für ihren Einsatz mit Einzelphotonen.
Assoziierte Plattform: QR-D, QR-H und QR-A