Quantenkommunikation für eine sichere digitale Kommunikation

Quantentechnologie als Zukunftssicherung für den vertraulichen Austausch von Informationen

 

Viele der heute eingesetzten asymmetrischen und symmetrischen Verschlüsselungsverfahren zur sicheren Übertragung von Daten und Informationen sind durch Angreifer prinzipiell brechbar. Voraussetzung ist, dass sie genügend Rechenleistung oder -zeit investieren können. Die Limitierungen in der Leistungsfähigkeit heutiger Rechentechnik verhindern dies noch weitgehend. Doch mit innovativen Hardware-Technologien, neuen Compute-Clustern und deren Zusammenschluss über das Internet werden die Grenzen des Machbaren immer weiter ausgedehnt.

Dem gegenüber steht die technologische Weiterentwicklung bei Verschlüsselungsverfahren, mit denen die herkömmlichen Methoden ersetzt oder sinnvoll ergänzt werden können. So existieren Kryptoverfahren, für die das Brechen der Verschlüsselung unmöglich ist, sofern Sender und Empfänger ein gemeinsamer Schlüssel vorliegt. Das Problem der sicheren Kommunikation reduziert sich damit auf die vertrauliche Übertragung von Schlüsseln.

Systeme für den Quanten-Schlüsselaustausch ermöglichen den sicheren Austausch eines beliebig langen Schlüssels. Sie sind heterogen aufgebaut und bestehen aus optischen Komponenten, optoelektronischen Wandlern und elektronischen Baugruppen. Wir tragen mit unserer Forschung zur Quantenkommunikation insbesondere zur Entwicklung der notwendigen nanoelektronischen Komponenten bei. Dabei steht höchste Leistungsfähigkeit, ihr modularer und universeller Einsatz sowie die Miniaturisierung dieser Systeme im Fokus. Die Arbeiten greifen dabei auch Ergebnisse der BMBF-Forschungsinitiative QuNET auf Bundesebene auf, die ein Pilotnetz zur Quantenkommunikation in Deutschland aufbauen will.

Zur Verankerung des Themas in der sächsischen Forschungslandschaft soll das Vorhaben ein Applikationszentrum »Design skalierbarer Elektroniksysteme für die Quantenkommunikation« begründen. Dieses Zentrum wird Quantenkommunikationssysteme als flexible Experimentierumgebung und als Testumgebung für die nanoelektronische Schaltungsentwicklung bereitstellen. Dabei wird für die Signalübertragung eine schrittweise Erweiterung der Entfernungen vorgesehen – vom lokalen und städtischen Umfeld im Freistaat Sachsen bis perspektivisch in die benachbarten Bundesländer Bayern und Thüringen.

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BMBF-Initiative QuNET

Die Forscherinnen und Forscher der Förderinitiative QuNET werden in einer ersten Phase Quantenkommunikationstechnologien für hybride Kommunikationssysteme erforschen und eine quantengesicherte Pilotstrecke zwischen Bundeseinrichtungen aufbauen. In weiteren Projektphasen zielt die Initiative auf die Anschlussfähigkeit an weitere europäische Quantennetz-Initiativen ab.