Um die Sicherheit verschlüsselter Daten zu erhöhen, wollen die Partner im Projekt PINTOS neuartige integrierte quantenoptische Systeme entwickeln. Die Leibniz Universität Hannover, die Technische Universität Braunschweig, die Hochschule Hannover sowie das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) arbeiten zusammen daran, bereits bestehenden Lösungsansätze im Labormaßstab für die Großserienproduktion vorzubereiten. 

Quantenoptische Systeme bestehen aus einzelnen Komponenten wie Quantenlichtquellen, Manipulationselementen und mikrooptischen Lichtkopplungsstrukturen inklusive der notwendigen vor- bzw. nachgeschalteten Glasfasernetzwerke. Diese müssen in miniaturisierter Bauform auf photonischen Plattformen, sog. PICs (engl. photonic integrated circuits), integriert werden. Dafür sind automatisierte Montagesysteme mit den entsprechenden Greif-, Positionier-, und Fügekomponenten notwendig. Diese müssen höchsten Genauigkeits- und Zuverlässigkeitsanforderungen genügen, um die Verluste in der Übertragung möglichst gering zu halten. Die PICs werden anschließend mittels im Projekt entwickelten faseroptischer Komponenten in Glasfasernetzwerke eingebunden

Vom Labor zur industriellen Fertigung

Im Teilprojekt aPINTOS konzentriert sich das LZH auf die notwendige Aufbau- und Verbindungstechnik für die miniaturisierten und photonisch-elektronisch integrierten Plattformen. Die Wissenschaftler:innen entwickeln dazu automatisierte Positionierungs- und Charakterisierungsmethoden für die Bauteile. In aktiven Justageverfahren wird beispielsweise die Position einzelner Komponenten während ihrer Justage ständig rückmeldet und angepasst, bis ihre optimale Position gefunden ist und sie fixiert werden können. Besonders herausfordernd: die aktive Justage muss auf der Signallevel-Basis von Einzelphotonen stattfinden. 

Die dabei gewonnenen Erkenntnisse können auch für andere Anwendungen in der Präzisionsoptik und von PICs genutzt werden.

Zusätzlich übernimmt das LZH die Herstellung faseroptischer Komponenten, die als Schnittstellen zwischen den Quantenchips und bestehenden Glasfasernetzwerken dienen. Die Wissenschaftler:innen decken dabei die gesamte Fertigungskette ab – von der Auslegung und Simulation über die Festlegung der Fertigungsparameter bis hin zur Herstellung und Testung.

Durch die Zusammenführung der Expertise niedersächsischer Forschungseinrichtungen und lokaler Unternehmen werden Technologien entwickelt, die nicht nur wissenschaftlich relevant sind, sondern auch das Potenzial haben, die regionale Wirtschaft im Bereich der Präzisionsoptik und Quantentechnologie weiter zu stärken. Die Miniaturisierung und industrielle Fertigbarkeit quantenoptischer Systeme könnte einen wichtigen Schritt für deren breite Anwendung in der Datenverschlüsselung sein.