BMBF Projects
Here you can find details of some of the largest joint projects currently running at the University of Bonn that are being funded by the Federal Ministry of Education and Research (BMBF).
BMBF-Verbundprojekte
Koordinator
Prof. Dr. Klaus Desch
Physikalisches Institut
Nussallee 12
53115 Bonn
Zusammenfassung
Der Large Hadron Collider (LHC) bietet einzigartige Möglichkeiten, um die fundamentalen Bausteine der Materie und deren Wechselwirkungen untereinander bei TeV-Energien zu untersuchen, die den Vorgängen entprechen, wie sie im frühen Universum (etwa 10-12s nach dem Urknall) statt fanden. So wendet sich die Untersuchung von Reaktionen beim LHC an fundamentale Fragen der Elementarteilchenphysik und der Kosmologie.
Am LHC kollidieren zwei entgegengesetzte hochenergetische Protonenstrahlen von je 7 TeV, wodurch sich eine Schwerpunktsenergie von 14 TeV ergibt. Die Wechselwirkungen, die in diesen Kollisionen statt finden, werden im ATLAS Detektor gemessen. Dieser Detektor wurde in einer großen internationalen Kollaboration errichtet, zu der die am FSP beteiligten Institutionen wesentliche Beiträge geleistet haben.
Die deutschen Gruppen sind an nahezu allen Physikthemen sehr aktiv beteiligt und haben zur Publikationsleistung der ATLAS-Kollaboration erheblich beigetragen. Auch bei der Entwicklung von Rekonstruktionsalgorithmen und bei der Bestimmung der Leistungsfähigkeit des Detektors im Rahmen der ATLAS combined performance Arbeitsgruppen haben die deutschen Gruppen erhebliche Beiträge geleistet.
Laufzeit
01.01.2019 - 30.06.2021
Koordinator
Prof. Dr. Jochen Dingfelder
Physikalisches Institut
Nussallee 12
53115 Bonn
Zusammenfassung
Die Arbeitsgruppe Dingfelder beschäftigt sich mit Datenanlyse des Belle und Atlas Experiments. Hinzu kommen Hardware Entwicklungen im Detektorbereich für den aktuell umgerüsteten SuperKEKB Beschleuniger und dem Belle II Detektor.
Laufzeit
01.01.2019 - 30.06.2021
Koordinator
Prof. Dr. Jochen Dingfelder
Physikalisches Institut
Nussallee 12
53115 Bonn
Zusammenfassung
The research group of University of Bonn participates in the Belle experiment at KEK in Japan. They currently analyze data from Run1 and prepare for the experimental phase Run2. The Belle experiment is dedicated to high-precision studies of b-flavoured meson decays. Such decays allow to perform precision measurements of Standard Model parameters and the search for beyond-Standard Model physics via loop effects. The research group analyzes semi-leptonic and photonic decays (b --> s gamma).
Laufzeit
01.01.2019 - 30.06.2021
Koordinator
Prof. Dr. Dieter Meschede
Institut für Angewandte Physik
Wegeler Str. 8
53115 Bonn
Zusammenfassung
Im Zuge der Digitalisierung gewinnen Datensicherheit und nachweisbar sichere Kommunikation kontinuierlich an Bedeutung. Aktuell werden hierfür Verschlüsselungsverfahren eingesetzt, deren Sicherheit weitestgehend auf der Leistungsfähigkeit heutiger Rechner beruht. Sollte eines Tages ein wesentlich leistungsstärkerer Computer, wie beispielsweise ein Quantencomputer, verfügbar sein, könnten diese Verfahren unbrauchbar werden. Auch heute übertragenen Daten können betroffen sein, wenn sie aufbewahrt und mit künftigen Computergenerationen entschlüsselt werden. Es ist daher dringend erforderlich, nach alternativen kryptographischen Verfahren und Kommunikationstechnologien zu forschen und ihre Einsatzmöglichkeiten in verschiedenen Anwendungsszenarien zu prüfen.
Die Quantenkommunikation bietet dafür einen vielversprechenden Lösungsansatz, der auf den Grundprinzipien der Quantenphysik aufbaut. Dabei werden Quantenzustände zur Schlüsselverteilung eingesetzt, die aufgrund fundamentaler physikalischer Gesetze weder kopiert noch mitgelesen werden können. Die Sicherheit der Quantenkommunikation wird also nicht durch algorithmische Methoden gewährleistet – das ist ein Paradigmenwechsel in der Daten- und Nachrichtenverschlüsselung. Die Umsetzung erster Quantenkommunikationsstrecken mit konventionellen Glasfasern stößt derzeit jedoch an technologische Grenzen: Bei der Übertragung der Quanteninformation mit Lichtteilchen (Photonen) kommt es zu unvermeidbaren Leitungsverlusten, wodurch Übertragungsstrecken auf unter 100 km begrenzt sind. Um diese Grenze ohne Sicherheitseinschränkungen zu überwinden, ist die Entwicklung sogenannter Quantenrepeater erforderlich. Dabei handelt es sich um spezielle quantenphysikalische Signalprozessoren, die den Quantenzustand der Photonen nicht zerstören. Damit wird eine Signalübertragung über weit mehr als 100 km mit der verbreiteten Glasfasertechnologie möglich.
Ein Quantenrepeater verbindet zwei oder mehrere Punkt-zu-Punkt-Verbindungen mithilfe von Quantenspeichern und einfacher Quanteninformationsverarbeitung. Das Verbundprojekt Q.Link.X „Quanten-Link-Erweiterung“ hat die erstmalige Realisierung von Quantenrepeatern zum Ziel. Diese basieren auf drei verschiedenen technischen Plattformen. Dabei handelt es sich um sogenannte Quantenpunkt- und Diamant-Farbzentren-Systeme sowie um eine Kombination atomarer und ionischer Systeme, deren Leistungsfähigkeit auf Teststrecken erprobt werden soll. Basierend auf einem gemeinsamen Übertragungsprotokoll sollen die Vorteile der jeweiligen Systeme einander gegenübergestellt werden und so die Basis für einen hybriden Quantenrepeater geschaffen werden. Darüber hinaus wird der Anschluss an Glasfasern mit den technisch üblichen Übertragungswellenlängen analysiert und es werden theoretische Grundlagen für zukünftige Quantenkommunikationssysteme entwickelt.
In Q.Link.X sollen erstmals nicht nur einzelne Komponenten eines Quantenrepeaters erforscht und entwickelt werden. Stattdessen sind vollständige und weitreichende Kommunikationsstrecken basierend auf unterschiedlichen Technologieplattformen geplant. Die Analyse der Ergebnisse in einer Roadmap ebnet den Weg zu einem skalierbaren Quantenrepeater, der künftig alle Vorteile der verschiedenen Technologien miteinander kombiniert. Ein wichtiges Augenmerk liegt dabei auf der Realisierbarkeit aus industrieller und ingenieurstechnischer Sicht. Die Ergebnisverwertung in Deutschland wird durch die geplanten Patente und Ausgründungsbestrebungen des Konsortiums gesichert. Durch das Projekt werden so die wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Voraussetzungen für zukünftige Quanten-IKT-Systeme in Deutschland geschaffen.
Laufzeit
01.08.2018 - 31.07.2021