Diese Masterarbeit zeigt die experimentelle Umsetzung eines neuartigen Protokolls zum Austausch digitaler Schlüssel mithilfe hochdimensional verschränkter Photonen, das speziell für verlustreiche und verrauschte Anwendungsfälle konzipiert wurde. Zu diesem Zweck wurde eine Quelle für hochdimensional verschränkte Photonen in der Zeitdomäne auf Basis parametrischer Fluoreszenz konstruiert und charakterisiert. Die Verschränkung der erzeugten Photonpaare konnte bis zur Dimension k = 4 durch einen Fidelity Witness nachgewiesen werden. Als Machbarkeitsnachweis des Protokolls wurden in einem lokalen Aufbau positive asymptotische Schlüsselraten für zwei von drei verschiedenen Verlustszenarien gewonnen. Abschließend werden die vorbereitenden Arbeiten für die Implementierung des Protokolls über einen verrauschten Kanal durch innerstädtische Atmosphäre beschrieben.

This Master’s thesis presents the experimental realisation of a novel Quantum Key Distribution protocol adapted to high loss and noise situations. To this end, an extremely bright down-conversion photon source, producing high-dimensional entanglement in the time degree of freedom, was constructed and characterised. The high-dimensional entanglement of the generated photons was certified by a Fidelity witness up to dimension k = 4. Using a local setup, the feasibility of the protocol was successfully demonstrated by distilling positive asymptotic key rates for two out of three different loss scenarios. Finally, preparations for an upcoming realisation of the Quantum Key Distribution protocol over a noisy, metropolitan free-space link were conducted.