Die Universität Paderborn hat sich an einem neuartigen Verbundvorhaben zur Verbesserung der IT-Sicherheit via Quantennetzwerke beteiligt. Das Projekt mit dem Namen „Quantenrepeater.Net (QR.N)“, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit rund 20 Millionen Euro für einen Zeitraum von drei Jahren gefördert wird, zielt darauf ab, neue Konzepte für Quantenrepeater auf realen Teststrecken zu entwickeln und zu demonstrieren. In diesem interdisziplinären Ansatz arbeiten 42 Partner aus Wissenschaft und Industrie eng zusammen, um den Übergang zu sicherer Kommunikation zu ermöglichen.
Der Einsatz von Quantenrepeatern ermöglicht es, sichere Informationen über große Distanzen zu übertragen. Dies erfordert jedoch einen höheren technologische Aufwand als bei klassischen Repeatern. Prof. Dr. Klaus Jöns von der Universität Paderborn erklärt: „Quantenzustände können nicht wie klassische Signale kopiert und verstärkt werden.“ Die Universität hat sich dabei auf die Quantenfrequenzkonversion spezialisiert, um verschiedene Quanten-Repeater-Plattformen mit bestehenden Telekommunikationsfasernetzwerken zu verknüpfen.
Technologische Fortschritte und Forschungsgruppen
Im Rahmen des Projekts arbeiten verschiedene hochkarätige Arbeitsgruppen zusammen. Dazu gehören die Gruppen „Optoelektronische Materialien und Bauelemente“ unter der Leitung von Prof. Dr. Dirk Reuter, „Integrierte Quantenoptik“ unter Prof. Dr. Christine Silberhorn und „Hybrid Quantum Photonic Devices“ unter Prof. Dr. Klaus Jöns. Ziel ist die Entwicklung neuartiger Quantenlichtquellen aus Halbleiternanostrukturen für die dritte Generation von Quanten-Repeatern. Hierbei spielt das Institut für Photonische Quantensysteme (PhoQS) eine Schlüsselrolle, indem es essentielle Technologien für Quantenkommunikation über lange Fasernetzwerke bereitstellt.
Die Forschungsziele sind außerdem auf die Entwicklung plattformübergreifender Methoden und Protokolle für hybride Quantenknoten gerichtet. Die beteiligten Partner möchten klassische Kommunikationsnetzwerke mit Quantenverschränkung verbinden und betonen die zukünftige Bedeutung solcher Netzwerke für den Schutz kritischer Infrastrukturen.
Bedrohungen durch Quantencomputer
Die Sicherheit herkömmlicher Verschlüsselungsverfahren wird zunehmend durch die Fähigkeiten von Quantencomputern bedroht. Experten warnen, dass sensible Daten leicht entschlüsselt werden könnten, was einen grundlegenden Umstellungsbedarf auf quantenresistente Kryptografie nach sich zieht. Insbesondere asymmetrische Verschlüsselungsverfahren wie RSA und elliptische Kurvensysteme sind in Gefahr, da die Sicherheit dieser Verfahren auf der Annahme beruht, dass bestimmte mathematische Probleme für klassische Computer unlösbar sind – eine Annahme, die durch Quantencomputer infrage gestellt wird.
Die Notwendigkeit zur Einführung quantenresistenter Verschlüsselung ist dringlich. Dabei spielen Ansätze wie gitterbasierte Kryptografie, multivariate Kryptografie und Hash-basierte Signaturen eine wichtige Rolle. Mitte August 2024 veröffentlichte das NIST erstmals Standards für Post-Quantum-Kryptografie, die der Industrie Sicherheit und Orientierung bieten sollen. Dennoch sieht sich die Branche Herausforderungen gegenüber, einschließlich der Notwendigkeit höherer Rechenleistung und umfangreicher Tests neuer Algorithmen.
Marktentwicklung und strategische Bedeutung
Laut einer Studie des Fraunhofer ISI und der Universität des Saarlandes wird der globale Umsatz im Bereich Quantenkommunikation bis 2030 voraussichtlich auf 5,8 Milliarden Euro ansteigen, während jährliche Wachstumsraten zwischen 15 und 25 Prozent erwartet werden. Diese Entwicklungen zeigen das strategische Interesse von Ländern wie Deutschland, der EU, den USA, China, Japan und Südkorea, ihre Technologien zu sichern und die technologische Souveränität zu stärken. Gleichzeitig ist jedoch eine Senkung der Infrastrukturkosten und ein erhöhtes Bewusstsein für IT-Sicherheitsrisiken vonnöten.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die Bemühungen in der Quantenkommunikation und -sicherheit sowohl eine technische als auch eine gesellschaftliche Herausforderung darstellen, die eine umfassende Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft, Industrie und der Politik erfordert.
Für weitere Informationen über die Fortschritte in diesem spannenden Forschungsfeld können Sie die vollständigen Artikel auf uni-paderborn.de, isi.fraunhofer.de und security-insider.de nachlesen.