Am 22. Januar 2025 wurde am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) eine neue Glasfaser-Teststrecke eröffnet, die eine zentrale Rolle bei der Entwicklung abhörsicherer Kommunikationssysteme spielen soll. Das Projekt zielt darauf ab, die Übertragung, den Test und die Weiterentwicklung von Quantenschlüsseln voranzutreiben. Professor David Hunger leitet das Vorhaben, das auch die Verknüpfung von Quantencomputern in einem leistungsfähigen Quantennetzwerk zum Ziel hat. Die etwa 20 Kilometer lange Teststrecke verbindet die Campusbereiche Süd und Nord und nutzt hochkohärente Laser zur Erzeugung und Übertragung dieser Quantenschlüssel.
Die Bedeutung dieser Teststrecke kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Sie wird als Plattform für Quantenforschung und die Entwicklung neuer Übertragungsprotokolle fungieren. Die Forschenden des KIT arbeiten dabei eng mit KEEQuant, einem Startup für quantensichere Kommunikation, zusammen. Ein Schwerpunkt des Projekts liegt auf der Speicherung von Quanteninformation und der quantenmechanischen Verschränkung, um künftig Quanten-Repeater zu realisieren. Dieses Vorhaben ist Teil des Verbundprojekts Quantenrepeater.Net (QR.N) und im Rahmen der Exzellenzcluster-Initiative „Chem4Quant“ angesiedelt.
Weltrekord in der Quantenverschränkung
Bedeutende Fortschritte in der Quantenkommunikation wurden auch von Wissenschaftler:innen des Wiener Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) gemeldet. Erst kürzlich wurde ein neuer Weltrekord bei der Quantenverschränkung aufgestellt. Bei diesem Experiment wurden verschränkte Photonen über eine Entfernung von 248 Kilometer in Glasfaserleitungen übertragen, was den vorherigen Rekord von knapp 100 Kilometern mehr als verdoppelt. Diese Details sind in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht worden.
Das Ziel dieses Experiments war die Erstellung eines Knotens im QUAPITAL-Netzwerk, das für den Aufbau eines zentralenuropäischen Quanteninternets konzipiert ist. Hierbei konnte ein Sendeapparat in Wien Quantenzustände stabil über mehrere Tage hinweg nach Sankt Pölten und Bratislava übertragen. Rupert Ursin, der wissenschaftliche Leiter des Projekts, erklärte, dass der Effekt der Quantenverschränkung korrelierte Zufälle erzeugt, die die Basis für die Quantenkryptographie und damit für unknackbare Nachrichtenübertragungen bilden.
Sicherheit durch physikalische Prinzipien
Die Sicherheit von Quantenkommunikation liegt in der Nutzung physikalischer Prinzipien wie Quantenverschränkung und dem Superpositionsprinzip. Anders als bei traditionellen algorithmischen Kryptographieverfahren, die durch mathematische Algorithmen gesichert sind, basiert die Quantenkommunikation auf Naturgesetzen, die nicht ausgelesen oder verstärkt werden können. Eine Herausforderung hierbei ist der Leitungsverlust, der während der Übertragung von Quantenzuständen auftritt. Um dem entgegenzuwirken, wurden spezielle Photonenquellen entwickelt, um die Rate der erzeugten Photonen zu erhöhen.
Zusätzlich wird im Rahmen der QuNET-Initiative an der Fraunhofer-Gesellschaft an den Grundlagen von Quantenkommunikationssystemen gearbeitet. Ziel ist die Anwendung dieser Technologien in Hochsicherheitsnetzen. Wichtige Komponenten und Technologien werden entwickelt, um die Leistungsfähigkeit und Sicherheit von Quantenkommunikationssystemen in verschiedenen Übertragungsmedien zu optimieren.
Insgesamt zeigt sich, dass die Forschung und Entwicklung im Bereich der Quantenkommunikation rasant voranschreitet, sowohl in Deutschland als auch in Österreich. Die Investitionen in diese Zukunftstechnologien könnten entscheidende Impulse für die Sicherheit von Kommunikationsnetzwerken weltweit liefern.
Für weitere Informationen besuchen Sie bitte KIT, ÖAW und Fraunhofer IOF.