Verbundvorhaben forscht an Quantenrepeatern für sichere Quantennetzwerke der Zukunft
- Bild-Infos
- Download
Verbundvorhaben forscht an Quantenrepeatern für sichere Quantennetzwerke der Zukunft
Nahezu täglich erreichen uns Meldungen von IT-Sabotage, -Spionage oder „hybrider Kriegsführung“. Netzwerke, die auf quantenphysikalischen Grundlagen basieren, könnten hier ein großes Maß an Sicherheit bringen. Grundlage für solche Netzwerke sind so genannte Quantenrepeater, an denen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus ganz Deutschland seit Jahren forschen. Das Bundesforschungsministerium fördert nun ein neues Forschungsprojekt, in dem Konzepte von Quantenrepeatern auf Teststrecken außerhalb von Laborumgebungen demonstriert werden sollen. Beteiligt ist auch die Universität Kassel.
Jeder kennt sie von zuhause, wo sie in abgelegenen Steckdosen ihr Dasein fristen und das heimische W-Lan in die Ecken der Wohnung schicken, die alleine mit dem Router sonst nicht erreichbar wären: Repeater. Diese kleinen Geräte erweitern, geschickt platziert, die Reichweite der Datenübertragung erheblich.
An Repeatern forschen auch viele Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in Deutschland. Allerdings sind es nicht Repeater, die man für ein paar Euro im Elektromarkt kaufen kann, sondern ungleich komplexere Quantenrepeater, denen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ihre Aufmerksamkeit widmen. Im neuen Forschungsprojekt „Quantenrepeater.Net (QR.N)“, das vom Bundesforschungsministerium gefördert wird, wollen insgesamt 42 Partner aus Forschung und Industrie weitere Fortschritte bei der Erforschung und Einrichtung von Quantennetzwerken machen.
Das Institut für Nanostrukturtechnologie und Analytik (INA) der Universität Kassel ist mit zwei Teilprojekten beteiligt. Sprecher für die Kasseler Gruppe ist Prof. Dr. Mohamed Benyoucef, der zugleich das Teilprojekt „Telekom-C-Band InP-basierte Quantenpunktstrukturen und Quantenpunktmolekülen“ leitet. Das zweite Teilprojekt „Diamantbasierte photonische Nanostrukturen mit gekoppelten Farbzentren“ führt apl. Prof. Dr. Cyril Popov.
Quantenetzwerke können in Zukunft von entscheidender Bedeutung für freie Gesellschaften und den Schutz unserer kritischen Infrastruktur sein – man halte sich nur die rasch steigende Zahl von IT-Sabotageakten vor Augen, von Spionage und Hackerangriffen. Quantennetzwerke böten hier ein ganz neues Level an Sicherheit. Denn aufgrund der quantenphysikalischen Grundlagen, auf denen ein solches Netzwerk basiert, sind diese extrem sicher vor Spionage oder Sabotage. Quantenrepeater, die eine sichere Übertragung von Informationen auch über größere Distanzen hinweg erlauben und dadurch Quantennetzwerke ermöglichen, liefern daher einen wichtigen Beitrag bei der Einrichtung einer quantengesicherten IT-Infrastruktur. Darüber hinaus bieten sie die Perspektive der sicheren Vernetzung zukünftiger Quantencomputer.
Doch das ist natürlich ein herausforderndes Unterfangen. „Die Realisierung von Quantenrepeatern und perspektivisch von Ende-zu-Ende-Quantennetzwerken stellt eine enorme technische Herausforderung dar“, erklärt Christoph Becher, Professor für Quantenoptik an der Universität des Saarlandes und Sprecher des Forschungsverbundes. Die Quantenzustände für die Kommunikation im Quantennetzwerk, müssen mit hoher Qualität erzeugt, zwischengespeichert und möglichst verlustfrei übertragen werden. Um aus einer einfachen Verbindung zwischen zwei Punkten aber ein ganzes Netzwerk entstehen zu lassen, braucht es Knotenpunkte, die diese Quantenzustände zwischenspeichern und für die Übertragung zum nächsten Knoten sorgen – Repeater eben.
Ziel ist zum einen, zwischen zwei Endpunkten einer Netzwerkverbindung Zwischenknoten einzurichten, an diesen Knoten Quantenspeicher einzubauen und Gatteroperationen durchzuführen. Das soll einen Quantenvorteil bei der Übertragung erzielen und die Fehlerkorrektur für leistungsstärkere Quantenrepeater-Protokolle ermöglichen.
Eine weitere Forschungsfrage, der sich die Partner in „QR.N“ widmen, betrifft die Hardware, auf der das Quantennetzwerk basiert. Denn bisher gibt es noch keine Hardware-Basis, die sich in der Forschung durchgesetzt hat. Grundlage für Quantenspeicher und Quantennetzwerke können einzelne Atome und Ionen sein, Halbleiterstrukturen, künstliche Atome in Diamanten und Selten-Erd-Atome. Daher will das Konsortium außerdem nach plattformübergreifenden Methoden und Protokollen suchen und verschiedene Hardware-Plattformen zu hybriden Systemen zusammenfassen, um am Ende hardwareunabhängige Quantenknoten zu erlangen. Zudem möchten die beteiligten Einrichtungen bestehende, „klassische“ Kommunikationsnetzwerke mit Methoden der Quantenverschränkung, dem Grundprinzip der Quantentechnologie, unterstützen.
Ein erklärtes Ziel des Projektkonsortiums ist es, die Grundlage dafür zu erarbeiten, dass in einigen Jahren eine „quantengesicherte Kommunikation“ in Deutschland aufgebaut werden kann. Diese ist von hoher gesellschaftlicher Bedeutung, insbesondere, was die IT-Sicherheit und den Schutz kritischer Infrastruktur anbelangt.
Hintergrund:
Das Projekt „Quantenrepeater.Net (QR.N)“ startete am 1. Januar 2025. Es wird über drei Jahre vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit insgesamt 20 Millionen Euro gefördert. Insgesamt arbeiten darin 42 Forschungseinrichtungen und Unternehmen zusammen, um die grundlegenden Bausteine einer auf Quantenrepeatern aufbauenden Quanten-Netzwerkstruktur zu entwickeln.
------------------------------------ Ihr Ansprechpartner in der Pressestelle der Universität Kassel:
Sebastian Mense Universität Kassel Stabsstelle Kommunikation und Marketing Tel.: +49 561 804-1961 E-Mail: presse@uni-kassel.de www.uni-kassel.de