[Translate to DE:] Anja Karliczek, Foto: BMBF

[Translate to DE:] Foto: MPL

Eine Initiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) erforscht seit einem Jahr neue Möglichkeiten zur abhörsicheren Kommunikation. Die Initiative »QuNET« arbeitet an Verfahren, um Informationen zwischen Behörden oder in kritischen Infrastrukturen auszutauschen – ohne dass Dritte mithören können. Heute präsentierten Bundesforschungsministerin Anja Karliczek sowie die beteiligten Forschungsinstitute erste Ergebnisse. Im Rahmen einer Pressekonferenz des BMBF stellten sie die Grundlagen der Systemarchitektur sowie Systeme zum Austausch von Quantenschlüsseln über verschiedene Distanzen vor.

Datensicherheit als Grundlage der digitalen Demokratie

„Für die Bundesregierung hat der Schutz der Privatsphäre von Bürgerinnen und Bürgern auch in der digitalen Welt höchste Priorität. Ebenso ist für die Wirtschaft die Sicherheit des Datenaustausches von elementarer Bedeutung. Diese Sicherheit kann auf Dauer nur mit Hilfe von Quantenkommunikation erreicht werden“, sagte Bundesforschungsministerin Anja Karlizcek anlässlich der Pressekonferenz.
Eine Gefahr für die abhör- und manipulationssichere Datenübertragung stellen unter anderem neuartige Quantencomputer dar. Sie werden in der Lage sein, bisher übliche Verfahren der Verschlüsselung zu umgehen. Schon heute werfen die Technologien der Zukunft ihre Schatten voraus: Nach dem Motto »Store now, decrypt later« (»Jetzt speichern, später entschlüsseln«) können bereits heute Daten abgespeichert und später, mithilfe leistungsfähigerer Rechner oder neuer Algorithmen, ausgelesen werden. Ein Informationsvideo zeigt die Herausforderungen auf.

Neuartige Quantenschlüssel erlauben hochsichere Verschlüsselung

Vor diesem Hintergrund erforscht die BMBF-Initiative QuNET seit Herbst 2019 die Potentiale der hochsicheren Quantenkommunikation für Gesellschaft und Wirtschaft. Ziel ist es, Deutschlands nationale technologische Souveränität sowie die Sicherheit und Vertraulichkeit von Daten auch im Angesicht neuer Kommunikationstechnologien zu wahren.
„Mein Ziel ist es, Deutschland im Bereich des ‚Quanteninternet‘ an die Weltspitze zu bringen. Deutschland kann auf diesem Gebiet zum Innovationsmotor der Europäischen Union werden und uns ein gutes Stück weiterbringen auf unserem Weg zur technologischen Souveränität. QuNET leistet hier einen wichtigen Beitrag. Bereits im ersten Jahr wurden im Projekt Technologien für eine quantengesicherte Verbindung zwischen zwei Bundeseinrichtungen entwickelt“, so Bundesministerin Anja Karliczek.
Gemeinsam haben die in das Projekt involvierten Forschungsgesellschaften – die Max-Planck-Gesellschaft, die Fraunhofer-­Gesellschaft sowie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt – im vergangenen Jahr wichtige Grundlagen für moderne und sichere Kommunikationsstandards entwickelt. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben dabei ebenso die Gesamtarchitektur für Systeme zur quantensicheren Kommunikation betrachtet wie auch die Möglichkeiten zum Austausch von Quantenschlüsseln über lange, mittlere sowie kurze Distanzen mittels Freistrahl- und Fasersystemen.

Vier Institute bringen ihr Knowhow in die Erforschung der Quantenkommunikation ein

Das Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts (MPL) in Erlangen entwickelt Systeme und Gesamtsystemarchitekturen, um durch Quantenschlüssel die Sicherheit von Kommunikation zu erhöhen. „Bei der Erforschung der Gesamtsystemarchitekturen benötigt man einen sehr interdisziplinären Ansatz und deswegen verbinden wir neuartige Verfahren mit etablierten Verfahren aus der klassischen Kryptographie“, erklärt Gerd Leuchs, Gründungsdirektor des MPL und heute Leiter der Emeritus Gruppe Optik und Informationsverarbeitung. „Dabei erlauben unsere Systeme den Austausch von Quantenschlüsseln auch unter Nutzung von großen Teilen der bereits vorhandenen Telekom-Technologie.“
Ein Team am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) forscht indes zu Systemen, die Quantenzustände über weite Strecken hinweg transportieren können. Genutzt werden dafür Flugzeuge oder Satelliten, die mittels optischer Freistrahlsysteme große Distanzen, etwa innerhalb Deutschlands oder zwischen verschiedenen Ländern, überbrücken können. „In QuNET entwickeln wir hier am DLR die notwendigen Bausteine, Kerntechnologien und Konzepte für die Gesamtsystemtechnik“, erklärt Institutsleiter Christoph Günther.
Die Fraunhofer-Gesellschaft entwickelt Technologien, welche die quantenbasierte Kommunikation auf kurzen und mittleren Distanzen ermöglichen, also innerhalb einer Stadt oder Metropolregion. Hierfür kommen Freistrahl-, aber auch Fasersysteme zum Einsatz. „Faserbasierte Systeme ermöglichen die Einbindung neuester Quantentechnologie in aktuell bereits vorhandene Kommunikationsnetze, zum Beispiel Glasfaserkabel“, erläutert Martin Schell, Leiter des Fraunhofer Heinrich-Hertz-Instituts HHI in Berlin. Freistrahlsysteme hingegen, wie sie schwerpunktmäßig am Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena erforscht werden, können kurzfristige und mobile Verbindungen realisieren. Hierfür werden in Jena Teleskope und Lichtquellen entwickelt.
Darüber hinaus setzt sich schwerpunktmäßig Fraunhofer mit der Entwicklung von Schnittstellen zwischen all diesen verschiedenen Teilkomponenten und deren Implementierung in bestehende Kommunikationsnetz-Infrastrukturen auseinander. „Auf diese Weise tragen wir zur Förderung eines heterogenen, hybriden Kommunikationsnetzes bei“, resümiert Andreas Tünnermann, Institutsleiter des Fraunhofer IOF und Sprecher des QuNET-Lenkungskreises.

Beirat aus Industrie und Bundesamt für Sicherheit unterstützt die weitere Entwicklung

Neben den drei federführenden Forschungsgesellschaften ist auch ein Beirat bestehend aus Expertinnen und Experten von Industrieunternehmen der Bereiche Telekommunikation, System- und Komponentenentwicklung, Sicherheit und Weltraumindustrie sowie des Bundesamts für Sicherheit in der Informationstechnik in die QuNET-Initiative eingebunden. Die Beteiligung weiterer Partner, vor allem aus der Industrie, ist geplant.

Weitere Informationen zu den beteiligten Instituten und den wichtigsten Fragen und Antworten finden Sie in unserem Informationsblatt mit den Zahlen und Fakten zur QuNET-Inititiative.