Demonstrationsexperiment zur Kommunikation unter Einsatz von Quantentechnologien
Eine vertrauenswürdige Kommunikation in Staat und Verwaltung ist Grundvoraussetzung für eine stabile Demokratie und für die Sicherheit von Bürgerinnen und Bürgern. Dabei stellen Quantentechnologien eine Chance dar, sind aber auch mit neuen Risiken verbunden. Die Quantenkommunikation erlaubt, vertrauliche Daten besser zu sichern als mit derzeit gebräuchlichen Verfahren. Sie ermöglicht eine prinzipiell abhörsichere Datenübertragung, die auf fundamentalen physikalischen Prinzipien beruht. Auf der anderen Seite besteht die Gefahr, dass leistungsfähige Quantencomputer schon bald viele kryptografische Verfahren entschlüsseln können, die heute z. B. beim Online-Banking oder beim Abrufen von E-Mails verwendet werden. Vor diesem Hintergrund werden in der deutschen und internationalen Grundlagenforschung verschiedenste Technologien zur abhörsicheren Quantenkommunikation erprobt. Die Kombination dieser vielfältigen Technologien sowie deren Verknüpfung mit bereits existierenden Infrastrukturen, stellt eine große Herausforderung dar. Diese muss zur Entwicklung eines zukunfts- und praxistauglichen Quantennetzwerks überwunden werden.
Das Vorhaben „QuNET-alpha – Demonstrationsexperiment zur Kommunikation unter Einsatz von Quantentechnologien“ stellt einen wichtigen Meilenstein bei der Umsetzung der Quantenkommunikation in alltagstaugliche Systeme dar. Ergebnisse aus der Grundlagenforschung werden im Projekt zu praxistauglichen Lösungen weiterentwickelt und in der Anwendung erprobt. In einer quantengesicherten Videokonferenz zwischen zwei Bundeseinrichtungen werden die Projektergebnisse auf Basis verschiedener Quantentechnologien demonstriert. Dabei sollen zur Übertragung der Quantenzustände sowohl Glasfasern als auch freistrahlbasierte Kommunikationskanäle eingesetzt werden. Durch letztere können künftig weite Strecken teilweise per Satellit überbrückt werden, um ein europaweiten Quantennetzwerk zu schaffen. Die Quantenverschlüsselung wird im Projekt zusätzlich mit modernsten Verschlüsselungsverfahren kombiniert werden, deren Algorithmen auch resistent gegen Angriffe von Quantencomputern sind. Damit wird die praktische Sicherheit unter realen Bedingungen optimiert.
Die Projektergebnisse schaffen, basierend auf Deutschlands starker Grundlagenforschung zu Quantentechnologien, die Voraussetzung für eine deutsche und europäische Quantenkommunikationsinfrastruktur. Langfristig wird ein vielseitiges Quantennetz angestrebt, das auch über die Quantenschlüsselverteilung hinaus einsetzbar sein soll: Künftig können so Quantencomputer und andere Quantentechnologien vernetzt werden. In Vorbereitung darauf werden in QuNET-alpha verschiedene Verschlüsselungsverfahren und Übertragungstechniken für Quantenzustände kombiniert und auf Praxistauglichkeit getestet. Gemeinsam mit Experten aus der Industrie, der Sicherheitsbranche sowie den zuständigen Behörden wird bereits jetzt eine Standardisierung und Zertifizierung von Quantenkommunikationskomponenten für den realen Einsatz vorbereitet.
Mit dem Demonstrationsexperiment in QuNET-alpha wird zunächst die sichere Kommunikation für öffentliche Einrichtungen in Deutschland erprobt. Darauf aufbauende Quantenkommunikationsstrukturen werden in Zukunft auch für die Industrie sowie für Bürgerinnen und Bürger zugänglich sein.