Neue Lichtleitkabel für mehr Leistung, Bandbreite und Effizienz bei der Quantenkommunikation
Im Zeitalter von Quantencomputern und Hochleistungsrechnern kann künftig nicht sichergestellt werden, dass gängige asymmetrische Verschlüsselungsverfahren einen hinreichenden Schutz bieten. Die Quantenkommunikation verspricht dagegen eine Schlüsselübertragung (QKD), die aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften die Sicherheit bietet, dass der Schlüsselaustausch nicht abgehört werden kann und jeder Abhörversuch bemerkt wird. Für den Einsatz in der Industrie werden dazu skalierbare Lösungen benötigt, die stabile Quantenzustände durch optische Glasfasern zuverlässig übertragen. Eine Herausforderung liegt dabei in der Verknüpfung der unterschiedlichen Geräte, wie Quantenlichtquellen und Detektoren sowie im Zusammenspiel mit klassischer Hardware.
Ziel des Vorhabens „Produktives Vier-Parteien QKD-Testbed zur Entwicklung eines gebündelten Quanten- und Kommunikationskanals mittels innovativer Hohlkernfasern (Q-Fiber)“ ist es, Quantenkommunikation in einem Netzwerk mit vier Kommunikationsteilnehmern, beispielhaft im Medizinsektor, zu demonstrieren. Zwischen den Netzwerkteilnehmern sollen Gesundheitsdaten mittels verschränkter Lichtquanten verschlüsselt und ausgetauscht werden. Für die Übertragung und kostengünstige Detektion der Lichtquanten innerhalb der bestehenden IT-Infrastruktur sollen neuartige Lichtleitkabel erforscht und eingesetzt werden. Diese Kabel beinhalten sogenannten Hohlkernfasern die u. a. die gleichzeitige Übertragung von klassischen Kommunikationssignalen und Lichtquanten bei jeweils spezifischen Wellenlängen ermöglichen. Darüber hinaus werden innerhalb des Vorhabens bestehende Hardware-Sicherheitsmodule um geeignete Schnittstellen erweitert und Sicherheitsanalysen des Gesamtsystems durchgeführt.
Die Integration von Quantenschlüsseln auf Hardware-Sicherheitsmodulen ist ein großer Schritt auf dem Weg zu mehr Sicherheit in industriellen und medizinischen IT-Systemen. Der Aufbau eines Testbeds, in dem mehrere Netzwerkteilnehmer innerhalb bestehender IT-Infrastruktur quantenverschlüsselt kommunizieren können, ermöglicht es der Industrie nach Abschluss des Projekts, dieses für angewandte Forschungsexperimente zu nutzen. Weiter sollen kompakte Lichtquellen zur QKD mit automatisierter Fertigung entwickelt und innovative Sicherheitsanalysen und Untersuchungen von Seitenkanalangriffen durchgeführt werden. Die Sicherheitsanalysen ebnen den Weg für eine Zertifizierung der im Projekt entwickelten kommerzialisierbaren Lichtquellen, Lichtleiter und Hardwaremodule.