Absolut abhörsicher: Quantensicher verschlüsselnde Verbindung aufgebaut

Eine quantensichere Verbindung zweier Behörden in Bonn war das Zwischenziel der Forschungsinitiative QuNET für diesen Monat. Die öffentlichkeitswirksame Demonstration dieses Prestigeprojekts musste in Corona-Zeiten leider ins Wasser fallen, wie Forschungsministerin Anja Karliczek bedauerte. Stattdessen schilderten die beteiligten Institute in einer Videokonferenz ihre Meilensteine.

Für den physikalisch abgesicherten Quantenschlüsselaustausch setzen die Forscher auf den Umgang mit photonischen Quantenzuständen. Durch Beachtung der Quantenzustände einzelner Photonen können die Verbindungspartner quantensicher und damit physikalisch unabhörbar Schlüssel austauschen und damit eine absolut abhörsichere Kommunikation aufbauen.

Quantensichere Kommunikation in Städten und Regionen

"Auf kurze und mittlere Distanzen bis etwa 100 Kilometer können wir photonische Quantenzustände heute durch bestehende Glasfaserverbindungen und bei Sichtverbindung auch per Freistrahl übertragen", berichtet Andreas Tünnermann, Leiter des Fraunhofer-Instituts für angewandte Optik und Feinmechanik. In seinem Labor zeigt er die Teleskoptechnik, die die Fraunhofer bereits in Jena für Freistrahlverbindungen eingesetzt haben. Damit sei der quantensichere Schlüsselaustausch bereits innerhalb von Städten oder Metropolregionen möglich.

Zusätzlich hält Tünnermann einen BB84-Transmitter in die Kamera. Der Chip ist kaum halb so groß wie ein Fingernagel und stammt von den Fraunhofer-Kollegen des Heinrich-Hertz-Instituts in Berlin. Dieses Bauteil setzt das BB84-Protokoll um, ein Verfahren der Quantenkryptografie, das den quantensicheren Schlüsselaustausch verwirklicht. Mit den vorhandenen Einzellösungen ist der Aufbau hybrider Systeme aus Glasfaser- und Freistrahlverbindung bereits möglich.

Quantenkommunikation über Satelliten

Der sichere Austausch von Quantenschlüsseln über Landesgrenzen und sogar Kontinente hinweg ist durch Satelliteneinsatz möglich. Ein Team am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt hat bereits optische Sende- und Empfangsterminals für Freistrahlverbindungen zwischen Satelliten und Bodenstationen entwickelt und testweise mit den Modulen der Forschungspartner auf der Erde gekoppelt. Der Aufbau einer Quantenkommunikation ließ sich damit bereits ganz praktisch demonstrieren. Der Einbau des Sendeterminals in einen Satelliten steht allerdings noch aus. Die erste Welle quantensicherer Kommunikationslösungen wird in Europa also Partner auf kurze und mittlere Distanzen verbinden.

"Im engen Austausch mit der Industrie arbeiten wir an praktisch anwendbaren und robusten Lösungen", erklärt Gerd Leuchs, Gründungsdirektor des Max-Planck-Instituts für die Physik des Lichts. Dazu passt, dass gestern Industriepartner aus dem Umfeld der QuNET-Initiative den Deutschen Industrieverbund für Quantensicherheit (DIVQSec) ins Leben gerufen haben. Dessen erklärtes Ziel sind industriell nutzbare Lösungen für quantensichere Kommunikation und Kryptographie.

Bereits zu Beginn der QuNET-Vorstellung wies Forschungsministerin Karliczek auf die wirtschaftliche und gesellschaftliche Bedeutung sicherer Kommunikation hin. Mit einer quantensicheren Infrastruktur könne es in den kommenden Jahren gelingen, in Deutschland und Europa den vertrauenswürdigsten Datenraum der Welt zu schaffen und gleichzeitig den Grundstein für einen hochinnovativen Wirtschaftszweig in Deutschland zu legen.

(agr)