Diese Arbeit präsentiert das erste vollautomatische, kompakte und zuverlässige Quantenkryptographie (Quantum Key Distribution - QKD) System auf Basis von verschränkten Photonen. Das System ist für die Integration in Standard 19-Zoll-Schränke konzipiert und arbeitet mit einer Wellenlänge von 1550nm für den optimalen Einsatz in Standard-Glasfasern. Mehrere neu entwickelte Stabilisierungs- und Automatisierungsmodule (u.a. Stabilisierung der Verschränkungsquelle, Stabilisierung der Polarisation in der Glasfaser und präzise Detektor-Synchronisation) sorgen für eine zuverlässige Verteilung von verschränkten Photonen. Das QKD System wurde in das europäische SECOQC (Development of a Global Network for Secure Communication based on Quantum Cryptography) Quantenkryptographie-Netzwerk integriert und im Oktober 2008 im Glasfaser-Netz von Siemens in Wien präsentiert. Während der zweiwöchigen Demonstration mit einer zwischen zwei Siemens-Standorten verlegten Glasfaser (16km, 4dB) konnte eine durchschnittliche Verschränkungs-Visibility von 93% erreicht werden. Über den gesamten Zeitraum hatten 99,9% aller Messwerte eine Visibility über 90%. Die hohe Qualität der Verschränkung ermöglicht die Implementierung des BBM92 Quantum Key Distribution Protokolls. Gemeinsam mit der SECOQC Infrastruktur ermöglicht dies die Integration eines praxistauglichen Quantenkryptographie-Systems. Während der zweiwöchigen Testphase konnte eine stabile Schlüsselerzeugungsrate von über 2000 bit/Sekunde mit einer QBER (Quantum Bit Error Rate) von 3.5% erreicht werden ohne manuell in das System eingreifen zu müssen. Im Labor konnte eine Übertragung bis zu 50km bei einer Schlüsselerzeugungsrate von 500 bit/Sekunde erzielt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist, verschränkte Photonen in einem typischen innerstädtischen Glasfasernetzwerk mit hoher Qualität zuverlässig zu verteilen und für die Quantenkryptographie zu nutzen.

This work presents the first compact, reliable and fully automated quantum key distribution (QKD) system based on entanglement. The system is integrated into standard 19-inch cases and works at 1550nm for optimal use with optical fibres. Several newly developed automation and stabilisation modules like active adjustment of the entanglement source, polarisation control and detector synchronisation guarantee a reliable distribution of entangled photons. The QKD system has been integrated into the European SECOQC (Development of a Global Network for Secure Communication based on Quantum Cryptography) quantum cryptography network which has been presented in October 2008 in the fibre network of Siemens Austria. During a two-week demonstration with an optical fibre of 16km length deployed between two locations of Siemens in Vienna, we could achieve an average entanglement visibility of 93% and a confidence level of 99.9% to have a visibility higher than 90%. The high maturity level our QKD system allows us to deploy a practical quantum cryptography system almost on a plug&play basis. During the test phase over two weeks, a stable secure key rate above 2kbit/s with an average QBER of 3.5% was achieved without manual intervention. In the laboratory, a key exchange up to 50km with a key rate of more than 500bps is possible using commercial InGaAs detectors. The results show that it is possible to distribute entangled photons reliably in an inner-city metropolitan area network (MAN) with standard telecom fibres under real world conditions despite several environmental fluctuations.