Die Grand Challenge der Quantenkommunikation ist ein Wettbewerb rund um die Erforschung des Quantentokens. Die angetretenen sechs Forschungsteams und das Begleitprojekt präsentierten auf der Nationalen Konferenz IT-Sicherheitsforschung ihre Ergebnisse. 55 Veröffentlichungen, sechs Patentanmeldungen und vier Ausgründungen von Start-ups zählen auch zu den Erfolgen der Challenge.
Moderation:
- Prof. Dr. Dieter Meschede, Senior-Professor am Institut für Angewandte Physik der Universität Bonn
Moderation Projektvorstellung:
- Dr. Nadezhda Kukharchyk, Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Walther-Meißner-Institut der Bayerischen Akademie der Wissenschaften
- Prof. Dr. Tim Schröder, Gruppenleiter Integrierte Quantenphotonik an der Humboldt-Universität zu Berlin
Sprecher:
Prof. Dr. Dieter Meschede (Universität Bonn) hielt den Einführungsvortrag zur Ergebnispräsentation der Grand Challenge der Quantenkommunikation. In diesem vom Bundesforschungsministerium geförderten Wettbewerb sind sechs junge Forschungsteams aus Deutschland gegeneinander angetreten, um anwendungsorientierte Technologien und Methoden zur Realisierung eines Quantentokens zu erforschen und zu entwickeln. Quantentoken stellen in der Quantenkommunikation eine technische Alternative zu heutigen Security-Token dar und ermöglichen in Zukunft sichere Authentifizierungsverfahren, die auch von leistungsfähigen Quantencomputern nicht umgangen werden können. Nach einem Überblick über den Wettbewerb und die verschiedenen Ansätze der beteiligten Projekte stellte Meschede fest: „In meinen Augen hat der Quantentoken zuvor überraschend wenig wissenschaftliche Aufmerksamkeit erfahren. Auch deswegen hat mich die Auslobung der Grand Challenge als Wettbewerb überzeugt.“
Durch das weitere Programm der Session führten Dr. Nadezhda Kukharchyk (Walther-Meißner-Institut, Projekt QuaMToMe) und Prof. Dr. Tim Schröder (Humboldt-Universität zu Berlin, Projekt QPIS) und übergaben nach einer kurzen inhaltlichen Einführung das Wort an das wettbewerbsbegleitende Theorieprojekt Q.TOK, welches von Dr. Janis Nötzel repräsentiert wurde. Nötzel sensibilisierte in seinem Beitrag für Sicherheitslücken, die durch die Kopierbarkeit von Sicherheitsschlüsseln entstehen können, und betonte, dass diese durch quantenphysikalisch unkopierbare Funktionen (englisch: Quantum Physical Unclonable Functions, QPUFs) vermieden werden können. Solche QPUFs können in Quantentoken zur sicheren Authentifikation zum Einsatz kommen.
Projektvorstellungen: Innovationen für Quantentoken-Technologien
Prof. Dr. Kilian Singer (Universität Kassel) stellte als nächstes die Ergebnisse des ersten teilnehmenden Projekts DIQTOK vor. Er präsentierte ein im Projekt entwickeltes Ensemble-basiertes Protokoll für den Einsatz von Quantentoken, welches hardware-agnostisch mit verschiedensten Systemplattformen für Quantenzustände eingesetzt werden kann. Das Projekt widmete sich zudem der Umsetzung des Quantentokenprotokolls auf Basis von Stickstoff-Fehlstellen-Zentren in Diamant und adressierte gegenwärtige Herausforderungen bei Herstellung und Materialdesign.
Die Projektergebnisse von HybridQToken wurden von Prof. Dr. Alexander Kubanek (Universität Ulm) präsentiert. Das Forschungsteam aus Ulm hat sich auf die Kombination von Quantentechnologie und konventionellen Mikrochips konzentriert. Kubanek zeigte, wie im Projekt diamantbasierte Quantenspeicher hergestellt und in photonische Schaltkreise integriert wurden. Zudem wurden am entwickelten Quantenbit-System erste quantenlogische Operationen in Form eines CNOT-Gatters demonstriert. Eine Firmenausgründung aus dem Projekt heraus wird derzeit vorbereitet.
Im Gegensatz dazu konzentrierte sich das Projekt NEQSIS auf die Erforschung von netzwerkintegrierbaren Quantenspeichern auf Basis Seltener Erden. Ein Schwerpunkt der Arbeiten, wie Prof. Dr. David Hunger vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) darlegte, war die Integration der Seltenerdsysteme in optische Wellenleiter und mikro- und nanophotonische Resonatoren.
Ein Quantentoken, der jetzt schon bei Raumtemperatur Speicherzeiten bis in den Stundenbereich aufweist, könnte auch durch eine Kombination von Alkalimetallen und Edelgasen realisiert werden. Diesen Ansatz verfolgte das Projekt Q-ToRX. Prof. Dr. Janik Wolters vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) bzw. von der Technischen Universität Berlin präsentierte stellvertretend für das Projekt den weltweit ersten Fahrradtransport eines Quantentokens mit einem Edelgasquantenspeicher. Aus dem Projekt ist zudem ein Spin-off entstanden: Die Firma Advanced Quantum Light Sources in Berlin.
Anschließend berichtete Dr. Gregor Pieplow (Humboldt-Universität zu Berlin) über die Projektergebnisse von „Quanten-Photonisch Integrierter Skalierbarer Speicher“ (QPIS). Im Projekt wurde an verschiedensten Subsystemen eines Quantentokens geforscht. Innovationen gab es insbesondere bei der Entwicklung eines effizienten und integrierbaren Messsystems aus supraleitenden Einzelphotonendetektoren, bei der Erforschung einer effizienten Resonatorstruktur in Form eines Sägerochens sowie beim verwendeten Speichersystem auf Basis kohärenter Spindeffekte in Nanostrukturen. Die im Projekt entstandene Idee zum Aufbau skalierbarer Einzelphotonendetektoren soll künftig durch das vom Projektpartner TU München ausgegründete Start-up Munich Quantum Instruments weiterentwickelt werden.
Die Vorstellung der sechs im Wettbewerb stehenden Projekte endete mit der Präsentation von Dr. Hans Huebl (Walther-Meißner-Institut, Technische Universität München), der die Ergebnisse von QuaMToMe vorstellte. Das Projekt setze seinen Schwerpunkt auf die Erforschung von Quantenschlüsseln im Mikrowellenfrequenzbereich, die kompatibel und daher potenziell interessant für Mobilfunkstandards wie 5G oder 6G sind. Dazu wurden im Projekt supraleitende Quantenschaltkreise entwickelt und die Übertragung gequetschter Mikrowellenzustände untersucht. Zur Weiterverfolgung und Fertigung der entwickelten Quantenschaltkreise hat das Projektkonsortium das Spin-off Peak Quantum ausgegründet.
Gleichwohl die Grand Challenge ein Wettbewerb war, haben sich noch vor Ort in Berlin Teilnehmende aus unterschiedlichen Projekten der Challenge darauf verständigt, Ergebnisse ihrer Forschung gemeinsam weiter zu verfolgen.
Ehrung des Siegerteams auf der Hauptbühne
Das Siegerteam wurde noch am gleichen Tag auf der Hauptbühne im Berliner bcc gekürt: QPIS.
Das Projekt überzeugte mit einem vollständigen Quantenspeicher-System – von der Erzeugung bis zum Auslesen der Quantenzustände. Jurypräsident Dr. Stephan Ritter (TOPTICA Photonics AG) lobte die durchweg beeindruckenden Fortschritte aller Teilnehmenden, etwa bei Speicherdauer, Präzision und Effizienz der Schnittstellen. Engelbert Beyer, Leiter der Unterabteilung „Technologieorientierte Forschung für Innovationen“ im BMBF (seit Mai 2025 BMFTR), überreichte feierlich die Auszeichnung. Die QPIS-Verantwortlichen sind nun zur Vollantragsstellung aufgefordert, um die Arbeiten im Anschluss mit BMFTR-Förderung fortführen zu können.
Die Bilanz des Wettbewerbs spricht für sich: Vier Ausgründungen zwecks Transfer der wissenschaftlichen Ergebnisse in den Markt, sechs erfolgte Patentanmeldungen sowie 55 wissenschaftliche Veröffentlichungen stehen den knapp 11 Millionen Euro Fördervolumen gegenüber. „Wir haben in diesem Wettbewerb erstaunliche Leistungen gesehen. Die Projekte haben mit großer Kreativität beeindruckende Fortschritte bei der Erforschung von Technologien und Methoden für Quantentoken erarbeitet“, erklärte der Juryvorsitzende Dr. Stephan Ritter.