Forschungsprojekt Fraunhofer Dresden Supersichere Daten – Sachsen testet Quantenverschlüsselung

Sie gilt als extrem sicher, für Hacker praktisch unknackbar – Kommunikation über Quanten. In Dresden wird diese Technik jetzt mit ersten Versuchsaufbauten für die Realität getestet.

Mann in Labor an technischer Apparatur
Photonen sind der Kern der neuen Kommunikation. Wenn man eines verändert, geschieht das auch beim anderen. Hackerangriffe würden sofort auffliegen. Hier wird eine verschränkte Photonenpaarquelle im Applikationszentrum Quantenkommunikation am Fraunhofer IIS/EAS justiert. Bildrechte: Fraunhofer IIS/EAS - BLEND3 Frank Grätz

"Quantenkommunikation über sogenannte Qubits wird unsere Welt nachhaltig verändern." Davon ist Sachsens Wissenschaftsminister Sebastian Gemkow fest überzeugt. Die Technologie soll Hackerangriffe verhindern, da sie über besonders leistungsfähige Computer eine abhörsichere Datenübertragung ermöglicht. Das ist die Theorie. Diese wird jetzt in Sachsen getestet. Das Land fördert das Projekt mit acht Millionen Euro. Dafür errichtet das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS/EAS) in Dresden ein sogenanntes Applikationszentrum. "In einem ersten Schritt testen wir intensiv die quantengesicherte Kommunikation über Glasfaser in unserem Institutsgebäude an der Münchner Straße", erklärt Kay-Uwe Giering, Leiter des Applikationszentrums am Fraunhofer IIS/EAS.

Herausforderung: Entfernung und neue Chips

Quantenkommunikation 3 min
Bildrechte: IMAGO / Science Photo Library

Danach folgen Tests in der Stadt, in der Region und bis spätestens 2024 nach Thüringen und Bayern. Die drei Freistaaten haben sich zusammengeschlossen und sind Teil der deutschlandweiten Forschungsinitiative QuNET zur Entwicklung neuer Schlüsseltechnologien für die Quantenkommunikation. Ziel ist es, die Technik alltagstauglich zu machen. Denn noch ist die Entfernung eine Herausforderung. Im Glasfasernetz sind bisher nur einige hundert Kilometer möglich, dann gehen die Signale verloren.

Und es braucht neue Elektronik, möglichst preiswert. Laut Fraunhofer kommen dafür sogenannte Chiplets zum Einsatz, eine ganz neue Generation von Computerchips. Der einzelne Computerchip wird dabei durch verschiedene Module ersetzt, die preiswerter herzustellen sind und im Baukastenprinzip miteinander kombiniert werden können. Schon ab Sommer 2022 soll das neue Zentrum in Dresden Unternehmen und Forschung praktisch zeigen, wie die Technologie funktioniert. Dafür werden laut der Mitteilung "flexible Experimentier- und Testumgebungen zur Elektronikentwicklung für Quantenkommunikationssysteme" bereitgestellt.

Die Zukunft liegt im All

Quantenkommunikation per Glasfaser auf der Erde ist jedoch nur ein Teil der Entwicklung. Die Pläne der EU sehen ein neues Satelliten-Kommunikationssystem auf einer niedrigen Erdumlaufbahn vor. Das soll dann nicht nur schnelles Internet für alle liefern, sondern auch in der Lage sein, Quantenverschlüsselungen zu nutzen. Das sei ein Schlüsselelement europäischer Autonomie. Es geht darum, sagt EU-Kommissar Thierry Breton, die Widerstandsfähigkeit und Cybersicherheit zu erhöhen.

Wie funktioniert Quantenkommunikation?

"Wir produzieren zwei Photonen, die sich einen Quantenzustand teilen. Wenn man dann ein Photon beobachtet und misst, verändert man gleichzeitig den Photonenzwilling." So erklärt es Quantenforscher Daniel Rieländer vom Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik in Jena.

Die grobe Idee dahinter: Die Photonen lassen sich für die Nachrichtenübertragung nutzen. Wenn ein Photon zu einem Empfänger geht und das andere zum Sender, können sie verschlüsselte Nachrichten transportieren. Durch das Phänomen der Verschränkung sind sie quasi nicht abhörbar, sagt Rieländer: "An beiden Stationen können wir Messungen durchführen und testen, ob der Quantenzustand noch erhalten ist. Ist er noch erhalten, wissen wir, dass die Photonen nicht beobachtet wurden."

Links/Studien

Vorschlag der EU Kommission für ein neues Satelliten-Kommunikationssystem
Die Qunet-Initiative der Bundesregierung

gp/JeS/pm

Der Jenaer Doktorand Benjamin Kintzel betrachtet ein Laborgefäß mit Kristallen eines neuartigen Moleküls, das möglicherweise in einem Quantencomputer Verwendung finden kann 3 min
Bildrechte: Friedrich Schiller Universität Jena/Jan-Peter Kasper
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