Die Ressource unserer Zeit ist die Information. Riesige Datenmengen werden gesammelt, in Computern verarbeitet und über Glasfaser, Luft oder Satellit ausgetauscht. Wir sind eingesponnen in nie abreißende Informationsflüsse, die kreuz und quer in Lichtgeschwindigkeit um den Globus jagen. Viele dieser Daten müssen auf sicherem Weg zwischen Sender und Empfänger ausgetauscht werden, denn nicht alles, was kommuniziert wird, darf und soll im Licht der Öffentlichkeit geschehen – angefangen bei Patientendaten in der Medizin über Finanzdaten bei der Kommunikation mit und zwischen Banken bis hin zu hochsensiblen Daten aus Politik und Wirtschaft. Für alle diese Datentransfers sind abhörsichere Kommunikationsformen nötig.
- Quantenkommunikation und Quantenkryptografie: Um Daten sicher zu transportieren, werden sie verschlüsselt. Die heutzutage angewandten Verschlüsselungstechniken basieren auf mathematischen Algorithmen, in denen die Primzahlzerlegung großer Zahlen eine entscheidende Rolle spielt – für jeden Computer eine zeitintensive, aber im Prinzip lösbare Aufgabe, sodass sich Verschlüsselungstechnik und Abhörkriminalität ein permanentes Wettrennen liefern. Außerdem könnten gespeicherte sensible Daten später entschlüsselt werden, wenn leistungsfähigere Computer zu Verfügung stehen. Einen inhärent sicheren Datentransport, beispielsweise mit einzelnen Photonen, versprechen dagegen die Prinzipien der Quantenwelt. Mit einer Quantenverschlüsselung, die auf Naturgesetzen statt auf mathematischen Algorithmen basiert, ist es physikalisch unmöglich, unbemerkt „mitzuhören“.
- Quantenradiometrie: Lichtsignale, bis hin zu einzelnen Photonen, spielen eine zentrale Rolle in vielen Feldern der Grundlagenforschung, von der Astronomie über Experimente zu den Grundlagen der Quantenphysik bis zu den Lebenswissenschaften. Weiterhin können die Basiseinheit Candela und die weiteren abgeleiteten Einheiten in der Photometrie und Radiometrie im Prinzip in Form einer bekannten Anzahl von Photonen mit bekannter Wellenlänge ausgedrückt werden.
Wer es nun mit Licht genau nehmen will, kommt unweigerlich zur PTB. Mit weltweit kleinsten Messunsicherheiten ist die PTB in der Lage selbst ultraschwache optische Signale zu erzeugen und zu detektieren. Für den Einsatz von Quantenkryptographie in der Praxis ist eine sorgfältige Vermessung aller Eigenschaften der zugrundeliegenden Hardware eine unabdingbare Voraussetzung, um tatsächlich die „quantensichere“ Eigenschaft garantieren zu können. Das Arbeitsspektrum reicht dabei von metrologischer Grundlagenforschung und Entwicklung bis hin zum Aufbau von speziellen Kalibrierdienstleistungen. Derzeit untersuchte Einzelphotonenquellen basieren etwa auf Gitter- Fehlstellen (z. B. Farbzentren in Diamanten) oder auf Halbleiterquantenpunkten aus Indium-Gallium-Arsenid.