Die Entwicklungen im Bereich der Quantenkommunikation nehmen rasant zu. Im Zentrum dieser Innovation steht das neue Projekt „Quantenrepeater.Net (QR.N)“, das am 1. Januar 2025 startet und mit 20 Millionen Euro über drei Jahre vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird. In diesem Forschungsverbund arbeiten 42 Partner aus Forschung und Industrie, darunter die ComNets-Professur der Technischen Universität Dresden. Ziel ist es, die Konzepte von Quantenrepeatern auf Teststrecken außerhalb von Laborumgebungen zu demonstrieren.
Quantenrepeater sind essenziell für die sichere Übertragung von Informationen über große Distanzen. Sie ermöglichen die Speicherung und Verteilung von Quantenzuständen, was sie zu Schlüsselkomponenten für zukünftige Quantennetzwerke macht. Diese Technologie ist entscheidend für die Entwicklung einer quantengesicherten IT-Infrastruktur und könnte in verschiedenen Anwendungsbereichen, wie der Behördensicherheit, kritischen Infrastrukturen oder der öffentlichen Kommunikation, eingesetzt werden.
Ziele und Herausforderungen des Projekts
Ein zentrales Ziel des Projekts besteht darin, Quantenrepeater-Strecken mit mehr als zwei Knoten zu entwickeln und parallel Quantenkanäle zu etablieren. Dazu wird Multiplexing eingesetzt. Caspar Arndt Hopfmann von der ComNets-Professur stellt die Herausforderungen und den Nutzen dieser Technologie heraus und betont die Notwendigkeit hoher Qualität der Quantenzustände, die für die Kommunikation im Quantennetzwerk unerlässlich sind.
Die Hardware für die Quantenrepeater wird auf verschiedenen physikalischen Systemen basieren, darunter Atome, Ionen, Halbleiter-Quantenpunkte und Farbzentren in Diamanten. Eine hybride Kombination dieser Systeme soll eine hardware-unabhängige Lösung ermöglichen. Das geplante Projekt QR.N baut auf den Erfahrungen aus dem vorhergehenden Projekt „Quantenrepeater.Link (QR.X)“ auf, welches von 2021 bis Ende 2024 lief.
Die Bedeutung von Quantenkommunikation
Quantenkommunikation stellt eine Schlüsseltechnologie für die Zukunft dar, insbesondere im Hinblick auf die wachsenden Bedrohungen durch konventionelle und Quantencomputer. Die Sicherheit der ausgetauschten Daten basiert auf fundamentalen physikalischen Prinzipien, die konventionelle kryptografische Verfahren unter Druck setzen. Laut einer Studie des Fraunhofer ISI und der Universität des Saarlandes wird die Marktverfügbarkeit quantenbasierter Technologien zunehmend erörtert.
Die Studie behandelt die Technologieentwicklung, die Vor- und Nachteile von Quantenkommunikation sowie die Wachstumsprognosen für diesen Sektor. Der globale Umsatz in Quantenkommunikation wird von 1,7 Milliarden Euro im Jahr 2023 auf voraussichtlich 5,8 Milliarden Euro bis 2030 ansteigen, mit jährlichen Wachstumsraten zwischen 15 und 25 Prozent.
Angesichts der strategischen Wichtigkeit der Quantenkommunikation haben Länder wie Deutschland, die EU, die USA, China, Japan und Südkorea die Notwendigkeit erkannt, kritische Technologien zu sichern. Herausforderungen bleiben jedoch bei der Senkung der Kosten für die Infrastruktur und der Weiterentwicklung der Technologien. Dennoch ist die Förderung des Technologietransfers und die Zusammenarbeit der EU-Mitgliedsstaaten entscheidend für den Erfolg dieser innovativen Ansätze.