Dr. Yanan Liu, eine anerkannte Wissenschaftlerin an der University of Newcastle in Australien, beschäftigt sich mit der Verbesserung von quantenoptischen Systemen durch den Einsatz von komprimiertem Licht. Der Fokus ihrer derzeitigen Forschung liegt auf der Erzeugung hochqualitativen Laserlichts, um die Stabilität und Leistung dieser Systeme zu steigern. Dr. Liu ist aktuell Humboldt-Fellow bei Prof. Dr. Steven Ding, der das Department of Automation Technology and Complex Systems an der Universität Duisburg-Essen (UDE) leitet. Dabei bringt sie einen soliden Hintergrund in Regelungstechnik und Quantenphysik mit.
Ihre akademische Karriere wurde durch den Erwerb eines Doktortitels an der University of New South Wales (UNSW) im Jahr 2021 geprägt. Nach ihrer Promotion forschte sie als Postdoktorandin am Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) in Japan und arbeitete anschließend am Centre for Quantum Dynamics (CQD) an der Griffith University in Brisbane. Dr. Liu will ein fehlertolerantes Framework für optische parametrische Oszillatoren (OPOs) entwickeln, die bereits eine entscheidende Rolle in der Quantenoptik spielen.
Die Rolle der Quantenoptik
Quantenoptik untersucht die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie und findet Anwendung in verschiedenen Technologiebereichen, darunter medizinische Bildgebung, Quantencomputing und sichere Kommunikation. Insbesondere komprimiertes Licht ist für die Erhöhung der Leistung von quantenoptischen Systemen von Bedeutung. OPOs, die oft zur Erzeugung von komprimiertem Licht verwendet werden, können jedoch durch externe Störungen in der realen Welt beeinträchtigt werden, was zu suboptimaler Leistung führt. Dr. Liu plant, diese Herausforderung durch ihr neues Framework zu adressieren.
Quantenkommunikation ist ein weiteres wichtiges Feld innerhalb der Quantenoptik. Sie ermöglicht einen abhörsicheren Austausch von Schlüsseln zur Kodierung sicherheitsrelevanter Informationen. Die Sicherheit solcher Systeme beruht auf den physikalischen Prinzipien der Quantenverschränkung und dem Superpositionsprinzip, im Gegensatz zu herkömmlichen algorithmischen Kryptographieverfahren. In diesem Bereich hat das Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) mit der QuNET-Initiative bedeutende Fortschritte erzielt.
Forschungsinitiativen und Technologien
Die QuNET-Initiative zielt darauf ab, die Grundlagen für Quantenkommunikationssysteme zu entwickeln, die besonders in Hochsicherheitsnetzen Anwendung finden sollen. Dazu gehören die Entwicklung von Komponenten, Schlüsseltechnologien und Gesamtsystemen für die Quantenkommunikation sowohl in Freistrahl- als auch in Glasfasernetzen. In der ersten Projektphase steht ein Schlüsselexperiment an der Schnittstelle zwischen Quantenkanälen in unterschiedlichen Wellenlängenbändern auf dem Programm. Ein Technologie-Demonstrator ermöglicht eine sichere Verbindung zwischen zwei Gebäuden über optische Freistrahltechnik und deren Anbindung an ein Glasfasernetz.
Diese Demonstratoren umfassen präzisionsoptische Spiegelteleskope zur Übertragung von polarisationskodierten Quantenzuständen und eine polarisationsverschränkte Photonenpaarquelle. Die verwendeten Detektionssysteme sind in der Lage, Photonpaarkorrelationsmessungen mit hoher Zeitauflösung durchzuführen. Um schnelle Schlüsselaustauschraten zu garantieren, sind hohe technische Standards erforderlich.
Die Quantenkommunikation verwendet unter anderem das BBM92-Protokoll für die Sicherheit, welches auf polarisationsverschränkten Photonen basiert. Diese Technologien sind entscheidend für die zukünftige Entwicklung sicherer Kommunikationskanäle.
Die Forschung von Dr. Liu und die Initiativen des Fraunhofer IOF spielen eine wichtige Rolle in der Weiterentwicklung von Quantenkommunikationssystemen und der Quantenoptik insgesamt. Uni Duisburg-Essen und Fraunhofer IOF unterstreichen damit die Relevanz von Innovationen in dieser spannenden und zukunftsorientierten Wissenschaft. Weitere Details zur mathematischen Grundlagenforschung sind in den wissenschaftlichen Arbeiten, wie etwa arxiv.org, zu finden.