Die UNESCO hat 2015 zum “Internationalen Jahr des Lichts” erklärt und will unter dem Motto „Licht für Wandel“ den gesellschaftlichen Nutzen wissenschaftlicher Erkenntnisse über das Licht ins Bewusstsein rücken. An der Universität Paderborn tragen beispielsweise Physiker, Chemiker und Elektrotechniker im fachübergreifenden Forschungszentrum CeOPP mit ihrer Grundlagenforschung zur Weiterentwicklung lichtbasierter Kommunikationstechnologien bei. So erforscht eine Gruppe von Physikern die Eigenschaften von Photonen, um aus ihnen einen neuen Code für die Informationsübertragung zu entwickeln.

Momentan werden Informationen in Sequenzen von 0 und 1 kodiert und als Lichtpulse durch Glasfaserkabel um die Welt geschickt. Bei den immer größeren Datenmengen kommen die Kapazitäten dieser Kabel nach aktuellen Schätzungen aber spätestens in zehn Jahren an ihre Grenzen: Ihre Produktion und Verlegung ist äußerst kostspielig und mit sehr hohem Energieaufwand verbunden. „Der Internetverkehr ist heute pro Stunde so groß wie im ganzen Jahr 2000“, weiß Physiker Benjamin Brecht. Und schon jetzt würden 10 Prozent des weltweiten Strombedarfs alleine für den aktuellen Datentransport gebraucht.

Mit ihrer Forschung wollen er und seine Kollegen in der Arbeitsgruppe von Leibniz-Preisträgerin Prof. Christine Silberhorn die Informationsübertragung daher effizienter machen, indem mehr Daten in kürzerer Zeit versendet werden. Dazu untersuchen sie die vielversprechenden Eigenschaften von Photonen, den kleinsten Teilchen des Lichts. Je nach Energiegehalt treten diese in unterschiedlichen Pulsformen auf. Die Wissenschaftler haben bisher vier verschiedene Formen identifiziert und gehen davon aus, dass es unendlich viele gibt. Gelingt es ihnen, mehr Formen nachzuweisen und diese auch noch gezielt zu erzeugen, könnte dieses Set an Pulsformen ein ganzes Alphabet zur Kodierung von Informationen bieten – und den Datentransfer um ein Vielfaches beschleunigen.

„Unsere Forschung an den Einzelphotonen steckt noch in den Kinderschuhen. Aber wir müssen jetzt schon die Grundlagen für Alternativen setzen, denn die Ressourcen sind begrenzt“, sagt Benjamin Brecht. Mit ihren speziellen Eigenschaften haben Photonen als Informationsträger noch einen anderen entscheidenden Vorteil: Die Kommunikation ist absolut abhörsicher.