Hybride klassisch-quantenmechanische Netzwerkarchitekturen für den Einsatz in Telekommunikationsnetzen
Die Digitalisierung unseres Alltags schreitet voran und gewinnt in allen Bereichen unserer Gesellschaft enorm an Bedeutung. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an die hierfür eingesetzten Telekommunikationsnetze, wie im 6G Mobilfunkstandard. Höhere Datenraten, verringerte Latenzzeiten und immer sicherere Datenübertragungen werden benötigt. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, müssen nicht nur etablierte Kommunikationstechnologien weiterentwickelt, sondern auch neue Technologien eingesetzt werden.
Durch den Einsatz von Quantenzuständen kann die Leistung klassischer Übertragungskanäle deutlich gesteigert werden, indem fundamentale Naturgesetze genutzt werden. Die Quantenzustände werden dazu über Glasfaserleitung oder direkt optisch über die Luft per Freistrahl zwischen den Partnern eines Kommunikationsnetzwerks ausgetauscht.
Im Projekt „Quantum Physical Layer Service Integration (QuaPhySI)“ wird das Ziel verfolgt, die theoretische Grundlagen einer hybriden Netzwerkarchitektur zu entwickeln, die quantenmechanische und klassische Ansätze vereint. Es sollen sichere Übertragungsprotokolle zur resilienten sowie sicheren Kommunikation ermöglicht werden. Im Zusammenspiel von verteilten Quantenzuständen und klassischer Übertragung sollen Datenübertragungsraten deutlich erhöht werden. Die besondere Innovation besteht in der Betrachtung der Quantenkommunikation in allen Schichten eines Netzwerks: Der interdisziplinäre Ansatz berücksichtigt die physikalische Implementierung, die Protokolle für die Informationsübertragung sowie die Ansteuerung der Netzwerkknoten. Im Projekt arbeiten führende Forschungsgruppen aus den Gebieten der Quantenkommunikation sowie Netzwerktechnologie intensiv mit Unternehmen aus den Bereichen der Telekommunikationstechnik zusammen.
Das Vorhaben wird zeigen, dass die Einsatzmöglichkeiten von verteilten Quantenzuständen über die sichere Kommunikation hinausgehen und hiermit die Leistung von klassischen Übertragungskanälen deutlich gesteigert werden kann. Die im Rahmen des Vorhabens entwickelte hybride Netzwerkarchitektur ermöglicht somit die Entwicklung von zukunftsweisenden Technologien, welche Quantentechnologien mit der bestehenden Telekommunikationsinfrastruktur vereinen. Dies ist ein entscheidender Schritt zur kommerziellen Umsetzung von Quantenkommunikationstechnologien am Hochtechnologiestandort Deutschland.
Nach einem erfolgreichen Projektverlauf sollen die Ergebnisse, als Grundlage vom heutigen Systemdesign hin zu einem Quanteninternet, in einer Roadmap zusammengefasst werden. Durch die interdisziplinäre, realistische Beschreibung der Netzwerkarchitektur wird Interessenten aus Industrie und Forschung ein einfacher Einstieg in die Quantentechnologie ermöglicht. Damit leistet das Vorhaben mittelfristig einen essenziellen Beitrag zum Aufbau von Quantenkommunikationsinfrastrukturen und damit der technologischen und digitalen Souveränität Deutschlands und Europas.