Ein Impuls für abhörsichere Quantenkommunikation

Das BMBF will der QuNet-Initiative 165 Millionen Euro zur Verfügung stellen

Um die Forschung und Entwicklung eines Quantennetzes voranzutreiben, will das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) 165 Millionen Euro in drei Phasen über insgesamt sieben Jahre bereitstellen, wie Bundesforschungsministerin Anja Karliczek auf einer Pressekonferenz im Berliner Fraunhofer-Forum bekannt gab. Allein in der ersten Phase Jahren wird die Initiative rund 25 Millionen Euro über zwei Jahre erhalten. „Im digitalen Zeitalter sind Wirtschaft und Gesellschaft auf eine sichere Kommunikation mehr denn je angewiesen. Sichere Datenleitungen sind die Lebensadern unseres Zeitalters. Deshalb muss der Datenaustausch so sicher wie möglich gemacht werden. Die Quantenkommunikation bietet dafür einzigartige Möglichkeiten“, sagte die Ministerin. „Mit der Initiative ›QuNET‹ legen deutsche Spitzenforschung und Unternehmen gemeinsam den Grundstein für die sichere Kommunikation der Zukunft. Ich bin den Teilnehmern dieses einzigartigen Projekts dankbar, dass sie sich in diesem Zukunftsfeld engagieren.“

Ein Modell für eine deutsche Infrastruktur der Quantenkommunikation

In der Initiative haben sich das Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts in Erlangen, die Fraunhofer-Gesellschaft mit ihren Instituten für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena sowie für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut HHI in Berlin sowie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt zusammengeschlossen. Auch Industriepartner aus den Bereichen Telekommunikation, System- und Komponentenentwicklung, Sicherheit, Satellitenbetrieb sind an dem Projekt beteiligt; darunter Unternehmen wie Deutsche Telekom AG, ADVA Optical Networking und Tesat-Spacecom.

Ziel von QuNET ist es zunächst, Einrichtungen der Bundesregierung eine sichere Kommunikation zu ermöglichen. Dieses Quantennetz soll dann als Modell für eine deutsche Infrastruktur der Quantenkommunikation dienen und wird auch wegweisend für den Aufbau eines Quanteninternets sein. Auf europäischer Ebene möchten die Bundesregierung und die QuNET-Konsortialpartner einen sicheren europäischen Datenraum schaffen. „Deutschland und Europa müssen in diesem Bereich eigene Kompetenzen ausbauen, um nicht von anderen abhängig zu werden. Darum müssen wir die Forschung auf diesem Zukunftsfeld voranbringen. Deutschland und Europa sollen der vertrauenswürdigste Datenraum der Welt werden – deshalb werde ich das Thema auf die deutsche und europäische Agenda setzen“, sagte Anja Karliczek.

Ein heterogenes Netz aus verschiedenen Übertragungsmedien

Konkret werden die Partner der Initiative die physikalischen und technischen Voraussetzungen schaffen, um aus verschiedenen Übertragungsformen wie Lasersignalen durch Glasfasern und durch die Luft bis hin zu Satelliten sowie der elektronischen Datenübertragung ein heterogenes Netz für die Quantenkommunikation zu knüpfen. Bislang werden Quantenzustände nur über jeweils eines dieser Medien ausgetauscht. Für praktische Anwendungen der Quantenkryptografie im großen Stil muss ein Datenpaket auf seinem Weg vom Sender zum Empfänger aber das Medium wechseln können. Zudem werden die Konsortialpartner an Glasfasern arbeiten, in denen weniger Signale verloren gehen als in den heutigen Leitungen. Solche Übertragungswege sind nötig, um die schwache und fragile Quanteninformation effizienter verschicken zu können. Schließlich soll QuNet auch praxistaugliche effiziente Übertragungsmöglichkeiten für Licht zu Quantenspeichern entwickeln, die Quanteninformation aufnehmen können, damit sie auf langen Übertragungswegen aufgefrischt oder in Quantencomputern genutzt werden kann.

Dass sich Quanteninformation nicht wie klassische Information einfach verstärken lässt, erschwert zwar die Übertragung über weite Strecken, macht es aber physikalisch unmöglich sie unbemerkt abzuhören, wie Gerd Leuchs, Direktor am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, erklärt: „Jeder unerwünschte Zuhörer verändert ein Quantenobjekt. Deshalb ist es unmöglich perfekte Kopien eines unbekannten Quantenobjekts zu erstellen.“ Die Quantenphysik kommt der Kryptografie aber auch bei der Ermittlung von Zahlencodes, die als Schlüssel dienen und zufällig ermittelt werden sollen, zu Hilfe. Denn bei Quantenmessungen herrscht echter Zufall, während sich etwa ein Würfelergebnis voraussagen ließe, wen man alle physikalischen Parameter des Wurfs kennen würde. „Der Zufall der Quantenmessungen verspricht perfekte Zufallszahlen. Perfektere Zufallszahlen kann man auf andere Weise nicht erzeugen“, sagt Gerd Leuchs. So legen die Eigenheiten der Quantenphysik die Grundlagen für QuNet und ermöglichen es, Daten auch künftig sicher zu übertragen.

PH