Sicherheit im digitalen Zeitalter

Die Notwendigkeit von Quantenkommunikation

Die steigende Nachfrage nach digitalen Kommunikationsnetzen mit höherer Bandbreite und dichteren Netzwerken erfordert effiziente und sichere Kommunikationskanäle. Die gegenwärtige Infrastruktur ist anfällig für Hacker-Angriffe und benötigt dringend Verbesserungen. Die Netzinfrastruktur von Internetdienstanbietern (ISP) ist aufgrund mangelnder Sicherheitstechnologien nicht in der Lage, eine garantierte und akzeptierte Sicherheit bei der Datenübertragung, kryptografischen Schlüsselverteilung und Zufallszahlengenerierung zu gewährleisten. In einer zunehmend digitalisierten Gesellschaft ist die Sicherheit von Kommunikationssystemen jedoch von entscheidender Bedeutung.

Quantenkommunikation ist eine zukunftsweisende Schlüsseltechnologie

Der digitale Fortschritt, insbesondere die Quantenschlüsselverteilung (Quantum Key Distribution, QKD), ermöglicht den Übergang von mathematischen kryptografischen Methoden zur garantierten Sicherheit durch grundlegende physikalische Prozesse der Quantenmechanik. Trotzdem werden solche Anwendungen der Quantenkommunikation in den bestehenden Telekommunikationsnetzen noch nicht ausreichend genutzt. Die Integration und langfristige Stabilität solcher Technologien erfordern einen effizienten Technologietransfer, insbesondere bei der Nutzung von temperatur- und windlastabhängigen Glasfaserstrecken über Freileitungen, die in IKT-Providernetzen üblich sind.

Quantenkommunikation: Made in Thüringen

Auf europäischer Ebene wird derzeit eine Quantenkommunikationsinfrastruktur (EuroQCI) etabliert, die sich über die gesamte EU erstreckt. Die Hochschule Nordhausen wirkt in zwei europäischen Forschungsprojekten im Bereich Quantenkommunikation mit, die unterschiedliche Zielrichtungen verfolgen: Das Projekt Q-Fiber hat das technologische Ziel, die mit heutiger klassischer Technologie notwendige parallele Quanten-Fiber-Infrastruktur auf einer gemeinsamen IKT und QKD-Fiber zu vereinen, indem Hohlkernfasern statt klassischer Single Mode Faser zum Einsatz kommen, mit grundlegend unterschiedlichen Materialeigenschaften. Q-Fiber konzentriert sich bei der wissenschaftlichen Analyse auf die physikalische Ebene neuer Hohlkernfasern sowie deren Ausbringung im Betrieb und deren Performance.

Demgegenüber setzt das Projekt Q-net-Q auf die klassische Single Mode Fiber Infrastruktur für QKD und für IKT Datenübertragung. Dabei konzentriert sich das Projekt auf die Integration und das Management von QKD Komponenten in vorhandene Internet-Infrastrukturen. Das beinhaltet auch das Schnittstellendesign für den Multi-User-Schlüsselaustausch und ein offenes standardisiertes IKT-Netzwerkmanagement. Das Projekt Q-net-Q ist ein EU-gefördertes Verbundforschungsprojekt mit nationaler Kofinanzierung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung, das unter Leitung der Hochschule Nordhausen und mit Beteiligung des Fraunhofer IOF durchgeführt wird. Das Fördervolumen beträgt 11,8 Millionen Euro. Der Startschuss für die Förderung fiel am 1.3.2023.