Die zunehmende Rechenleistung von klassischen und Quantencomputern gefährdet die bestehende Public-Key-Kryptographie. Die Quantenschlüsselverteilung (Englisch: Quantum Key Distribution; QKD) ist eine der möglichen Lösungen für dieses Problem. In den vergangenen Jahrzehnten entstand eine Vielfalt von QKD Protokollen, erste Unternehmen für Quantenkommunikation wurden gegründet und erste Länder begannen QKD in ihre Kommunikationsinfrastruktur zu integrieren. Die hohen Kosten und das Fehlen von QKDNetzwerken ohne sogenannte Trusted Nodes erschweren jedoch die Verbreitung dieser Technologie.

Die vorliegende Arbeit beschreibt den Aufbau und die Leistungsfähigkeit eines ZweiParteien-QKD-Systems, das eine Variante des Bennet-Brassard-Mermin 92-Protokolls mit Time-Bin-Kodierung ist. Es wurde in einer realen Telekommunikationsumgebung in einem typischen Betriebsraum im Network Innovation Center der Deutschen Telekom Technik GmbH getestet. Dieses System ist ein Meilenstein für ein sternförmiges QKD-Netzwerk, dessen zentral gelegene Quelle die Qubits auf mehrere identisch aufgebaute weiter entfernte Empfänger verteilt.

Die größte Herausforderung für die Implementierung solcher Netzwerke ist der Aufbau und der Betrieb identischer faserbasierter Michelson-Interferometer, deren Armlängendifferenzen bis auf wenige Mikrometer genau übereinstimmen müssen. Während der aktuellen Arbeit wurde dafür eine passende Methode entwickelt. Sie besteht aus zwei Schritten: Präzises Vorschneiden der Bauteile für das Interferometer und eine mechanische Dehnung der Faser im fertigen Interferometer um die restlichen Ungenauigkeiten auszugleichen. Diese Methode erlaubt den Bau beliebig vieler Interferometer mit identischem Weglängenunterschied.

Das gewählte Protokoll ist sehr sensitiv gegenüber Phaseninstabilitäten. Daher muss die Phasendrift kompensiert werden, die durch die Temperaturdrift entsteht. Das entwickelte System zur Temperaturstabilisierung erreicht eine Langzeitstabilität von 3 mK pro Tag und fungiert gleichzeitig als ein Stellglied für die Phase mit einer minimalen Auflösung von 0.011 π. Damit wird die Komplexität des Aufbaus vereinfacht im Vergleich zu anderen Implementierungen dieses Protokolls. Nachdem das gesamte System aufgebaut wurde, konnte im Feldversuch ein stabiler Quantenschlüsselaustausch über eine Strecke von ca. 27 km Länge erreicht werden. Dabei waren alle Elemente des Systems in einem typischen Telekom-Betriebsraum platziert. Dieses Experiment war einer der ersten erfolgreichen Feldtests eines QKD-Systems in Deutschland. Es wurde eine mittlere Rate des gesiebten Schlüssels von 200 bit/s mit einer Quantenbitfehlerrate von ca. 3 % in einem fünfstündigen Austausch erreicht.