Projekte

Ziel

Das Projekt PIC-PAM verfolgt das Ziel, photonische Chip-Technologien mit Quantenkommunikation zu kombinieren, um die Cybersicherheit zukünftiger Kommunikationsnetze, Rechenzentren und Campus-Infrastrukturen zu erhöhen. Dazu werden kompakte und kosteneffiziente Module entwickelt, die sich einfach in bestehende Netzwerktechnik integrieren lassen.

Projektumfang

PIC-PAM ist ein dreijähriges Verbundvorhaben im Rahmen des Thüringer Förderprogramms für Forschung, Technologie und Innovation (FTI), das durch den Freistaat Thüringen gefördert und von der Europäischen Union kofinanziert wird; Verbundvorhabensnummer 1006811. Beteiligt sind sechs Thüringer Partner aus Forschung und Industrie: Quantum Optics Jena GmbH, AIM Micro Systems GmbH, X-FAB Global Services GmbH, das Fraunhofer IOF, das Institut für Angewandte Physik der Friedrich-Schiller-Universität Jena sowie das IMMS. Ziel ist die Entwicklung eines monolithisch integrierten Siliziumchips, der photonische und elektronische Funktionen auf kleinstem Raum vereint. Dieser Chip soll zentrale Funktionen wie Polarisationsanalyse, Einzelphotonendetektion und hochauflösende Zeitstempelung integrieren.

Technologieansatz

Im Zentrum des Projekts steht die Integration aller notwendigen Komponenten der Quantenschlüsselverteilung auf einem Chip. Die Polarisationsanalyse dient dabei der Bestimmung des Quantenzustands einzelner Photonen. SPAD-basierte Einzelphotonendetektoren ermöglichen eine hochempfindliche Signalwandlung direkt im Chip. Ergänzend sorgt eine integrierte Zeitstempel-Elektronik für die präzise Synchronisation von Sender und Empfänger sowie für die Unterdrückung von Störsignalen.
Die photonischen Komponenten basieren auf Siliziumnitrid und umfassen unter anderem mikrooptische Baugruppen, Strahlteiler sowie Koppler zur Verbindung von Photonik, Elektronik und Glasfaser. Parallel dazu wird eine elektronische Schicht entwickelt, die möglichst viele Funktionen direkt integriert und auf CMOS-kompatiblen Prozessen basiert.

Beitrag der Partner

Das Fraunhofer IOF entwickelt die photonischen Komponenten des Chips, einschließlich mikrooptischer Strukturen, Strahlteiler und Kopplungselemente, und realisiert die entsprechenden Testumgebungen gemeinsam mit dem Institut für Angewandte Physik der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Das IMMS verantwortet die Entwicklung und Integration der elektronischen Funktionen, insbesondere der SPAD-basierten Detektoren und der Zeitstempel-Elektronik.
X-FAB stellt die technologische Plattform zur Verfügung, auf der photonische und elektronische Strukturen gemeinsam auf einem Wafer gefertigt werden können. AIM Micro Systems übernimmt die Aufbau- und Verbindungstechnik sowie die Gehäuseintegration mit Blick auf industrielle Fertigung. Quantum Optics Jena entwickelt geeignete Photonenquellen und realisiert den Gesamtdemonstrator des Systems.

Anwendungsperspektive

Ein wesentliches Ziel ist die Umsetzung der Technologie in einem kompakten, SFP-ähnlichen Modul, das sich direkt in Netzwerkgeräte integrieren lässt. Dadurch soll die Quantenschlüsselverteilung praktisch nutzbar und breit einsetzbar werden.

Innovation und Standortbezug

The project brings together Thuringia’s existing expertise in photonics, microelectronics, and sensor technology, thereby strengthening the region’s innovative capacity. Close collaboration between research institutions and industry partners promotes the transfer of knowledge and technology into practical applications. The results are also transferable to other industries and contribute to strengthening the value chain beyond Thuringia.