Am 1. April 2025 haben die Humboldt-Universität zu Berlin (HU) und die Technische Universität München (TUM) den Wettbewerb „Grand Challenge der Quantenkommunikation“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gewonnen. Dieses Fünf-Millionen-Euro-Projekt hat drastische Implikationen für die Sicherheit digitaler Infrastrukturen in Deutschland, indem es sich auf die Verbesserung dieser Systeme durch Quantenkommunikation konzentriert.
Das neue Projekt hat eine Laufzeit von drei Jahren und verfolgt das ambitionierte Ziel, die Sicherheit digitaler Kommunikationsnetze zu erhöhen. Mit dem Vormarsch von Quantencomputern besteht die Gefahr, dass herkömmliche Verschlüsselungen nicht mehr ausreichend sind. Daher sind innovative Ansätze wie Quantentoken notwendig, die eine quantenbasierte, sichere Authentifizierung ermöglichen. Diese Technologien beruhen auf dem Prinzip, dass Quanteninformation nicht kopiert werden kann, ohne sie dabei zu verändern, was ihnen eine physikalische Fälschungssicherheit verleiht. Die potenziellen Anwendungsfälle sind vielfältig und reichen von sicherer Authentifizierung über Datenspeicherung bis hin zu digitalen Signaturen und fälschungssicheren Dokumenten.
Forschungsschwerpunkte und Technologieentwicklung
Eine der Herausforderungen in der Entwicklung dieser Technologien ist die begrenzte Realisierung von Quantenspeichern. Um die Lebensdauer von Quantenzuständen und die Kohärenzzeiten zu verbessern, bedarf es intensiver Forschungsanstrengungen. Der Fokus des Projekts „Quanten-Photonisch Integrierter Skalierbarer Speicher (QPIS)“ liegt auf der Entwicklung von hocheffizienten Quantenspeicherarchitekturen. Das Projekt wird von Prof. Dr. Tim Schröder und seinem Team an der HU geleitet, das sich sowohl mit den theoretischen als auch mit den praktischen Aspekten der Quantenspeicherung und -authentifizierung beschäftigt.
Die Kerninnovation besteht in der Kombination von photonisch integrierten Schaltkreisen (PIC) mit Farbzentren in Diamant, die als Resonatoren fungieren und Quantenbits (Qubits) speichern. Insbesondere wird an der effizienten Kopplung von Lichtteilchen an diese Farbzentren geforscht, um die Speicher- und Ausleseeffizienz zu maximieren.
Politische Förderung und gesellschaftliche Relevanz
Um die Fortschritte in der Quantenkommunikation zu fördern, organisierte das BMBF das „Forum für die Quantenkommunikation in Deutschland“ am 17. Oktober 2024. Die Veranstaltung, die am Fraunhofer HHI stattfand, versammelte zahlreiche Vertreter aus Forschung, Industrie und Startups. Staatssekretär Dr. Roland Philippi betonte die zentrale Rolle der Forschungsförderung durch das BMBF zur Stärkung der IT-Sicherheit und der technologischen Souveränität.
Das Forum bot verschiedene Diskussionsmöglichkeiten über aktuelle Themen, darunter Forschung und Entwicklung, IT-Sicherheitsforschung und die Zukunft der Datensouveränität. Eine besondere Initiative, die QuNET-Initiative, demonstrierte quantengesicherte Datenübertragungen in einem innerstädtischen Netzwerk in Berlin, während die QR.X-Initiative Fortschritte zur Quantenteleportation darstellte, die künftige Quantennetzwerke ermöglichen könnte.
Die Entwicklungen um Quantentoken und die entsprechenden technologischen Förderschwerpunkte sind nicht nur für den akademischen Bereich, sondern auch für die Industrie von hoher Relevanz. Die Antragsteller sind aufgefordert, nachzuweisen, dass praktische Anwendungen realisierbar sind, und dies wird von einer Expertenjury bewertet. Die Initiative strebt eine messbare Verbesserung der quantenbasierten Technologien an, die innerhalb der nächsten drei Jahre demonstriert werden soll. Die Einbindung von Industrie-Know-how wird als entscheidend angesehen, um die technische Anschlussfähigkeit und Kompatibilität zu bestehenden Infrastrukturen sicherzustellen.
Mit diesen spannenden Entwicklungen in der Quantenkommunikation wird der Grundstein für sichere digitale Infrastrukturen gelegt, die sowohl die aktuellen Herausforderungen der Cybersicherheit angehen als auch neue Möglichkeiten der Datenverarbeitung und -übertragung eröffnen.
Für weitere Informationen zu diesem Thema, siehe Humboldt-Universität, Forschung IT-Sicherheit Kommunikationssysteme und Berlin Quantum.