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Q-IRENA
Q-IRENA erforscht verschränkungsbasierte Quantennetzwerke, die die Übertragung, Speicherung und Verarbeitung von Quanteninformation zwischen verteilten Systemen ermöglichen. Das Projekt untersucht Anwendungen in der quantengesicherten Kommunikation, dem cloudbasierten Quantenrechnen und der verteilten Quantensensorik sowie die Entwicklung von Netzwerkarchitekturen, Protokollen und Technologien für zukünftige satellitengestützte Quantennetzwerke.
Die Entwicklung von Quantentechnologien hat in den vergangenen Jahren große Fortschritte gemacht. Erste Quantencomputer, Quantensensoren und Systeme zur Quantenkommunikation sind bereits verfügbar. Viele langfristige Anwendungen entstehen jedoch erst durch ihre Vernetzung. Quantennetzwerke ermöglichen die Übertragung, Speicherung und gemeinsame Verarbeitung von Quanteninformation. Ein zentrales Element von Quantennetzwerken ist die Verschränkung. Sie ermöglicht die Korrelation quantenmechanischer Zustände über große Entfernungen.
Das Projekt Q-IRENA (Quantum Information Ready Entanglement-based Network Applications) untersucht Konzepte und Anwendungsperspektiven verschränkungsbasierter Quantennetzwerke. Hierzu zählen Anwendungen wie quantengesicherte Kommunikation, sicheres cloudbasiertes Quantenrechnen und verteilte Quantensensorik. Ziel ist die Analyse möglicher Nutzungsszenarien sowie die Entwicklung architektonischer Ansätze zur Vernetzung verschiedener Quantentechnologien.
Die Realisierung von Quantennetzwerken birgt technische Herausforderungen, da Quanteninformation weder kopiert noch klassisch verstärkt werden kann. Dies schränkt die Reichweite insbesondere in Faser-basierten Netzwerken ein. Deshalb untersucht Q-IRENA verschiedene Ansätze für satellitengestützte Quantennetzwerke und entwickelt Protokolle zur Verteilung von Quanteninformation. Darüber hinaus werden zentrale Technologien für Quantennetzwerke weiterentwickelt und experimentell untersucht. Hierzu zählen Komponenten zur Erzeugung und Verarbeitung verschränkter Quantenzustände sowie Ansätze zur Speicherung und Übertragung von Quanteninformation. Ergänzend werden Demonstrationen zur Übertragung von Quantenzuständen über optische Freistrahlverbindungen durchgeführt, um Leistungsfähigkeit und Einsatzmöglichkeiten unter realistischen Bedingungen zu bewerten.
Q-IRENA vereint mehrere Institute des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, darunter die Institute für Quantentechnologien, Satellitengeodäsie und Inertialsensorik sowie Kommunikation und Navigation. Die gewonnenen Erkenntnisse tragen zur Erstellung einer Roadmap für den Aufbau verschränkungsbasierter Quantennetzwerke bei und schaffen eine wichtige Grundlage für die Weiterentwicklung vernetzter Quantentechnologien in Kommunikation, Sensorik und Informationsverarbeitung.
Beteiligte Abteilungen
Kontakt
Prof. Dr. Meike List
Institutsleitung
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik
Am Fallturm 9, 28359 Bremen