Sicheres lokales Kommunikationsnetzwerk für den mobilen Einsatz
Hochsensible Daten müssen so sicher wie möglich übermittelt werden. Dies gilt auch bei zeitlich begrenzten Ereignissen, etwa bei Wahlen, Konferenzen oder in der Katastrophenhilfe. In solchen Fällen braucht es für die Datenübertragung mobil einsetzbare und sichere Kommunikationsnetzwerke. Ein Ansatz für einen hohen Grad an Sicherheit für derartige lokale Netzwerke ist die Nutzung von einzelnen Photonen, also von einzelnen Lichtteilchen. Diese sind aufgrund ihrer Quantennatur nicht kopierbar. Die Datenübertragung kann über das herkömmliche Glasfasernetz oder mittels Freistrahl über die Luft erfolgen. Letzteres ermöglicht einen schnellen, flexiblen und mobilen Aufbau. Wenn keine sichere Informationsübertragung über Glasfaser zur Verfügung steht, lässt sich per Freistrahlkommunikation auch der Informationsaustausch zwischen mehreren Gebäuden der kritischen Infrastruktur realisieren, zum Beispiel für sensible Gesundheits- oder Finanzdaten in einem sogenannten Campusnetzwerk.
Ziel des Projekts „Quelloffene Atombasierte Quanten Lokalvernetzung (QuAtuLo)“ ist es, ein mobiles lokales Netzwerk zu entwickeln, das aus drei Knoten mit kompakten Sende- und Empfangsmodulen für die quantengestützte Freistrahlkommunikation besteht. Das Konsortium zielt dabei auf das Senden und Empfangen von Photonen bei den markanten orangefarbenen Natriumlinien ab, weil hier das Sonnenlicht aufgrund von Streuung an atmosphärischem Natrium in höheren Luftschichten stark gedämpft ist. Zur weiteren Reduzierung des Restlichts entwickeln die Forschenden Filter auf Basis von Natriumatomen in einer Glaszelle, um einzelne Photonen detektieren zu können. Für einen kompakten Aufbau ist die empfindliche Detektoreinheit zu miniaturisieren, die hochpräzise die übertragenen Photonen misst. Zudem erforscht das Konsortium Lichtquellen für verschränkte Photonenpaare, die einzelne Photonen aus dem UV-Bereich in das sichtbare Spektrum umsetzen.
Der innovative Ansatz in QuAtuLo, eine quantengestützte Freistrahlkommunikation mit neuartiger Filtertechnik zu realisieren, erlaubt eine starke Miniaturisierung der Sende- und Empfangseinheiten für den mobilen und verlässlichen Feldeinsatz unter widrigen Umweltbedingungen. Die im Projekt eingesetzte quelloffene Software befördert die Sicherheit des Systems und kann somit neue Standards in der Quantenkommunikation setzen. In der Entwicklung der Detektortechnik legen die Forschenden auch ein besonderes Augenmerk auf potenzielle Angriffsszenarien. Dabei ist das System auf größere Quantenkommunikationsnetzwerke skalierbar. Zudem sind mehrere Übertragungsprotokolle berücksichtigt, sodass die im Vorhaben zu entwickelnde quantengestützte Freistrahlkommunikation in diversen Szenarien zum Einsatz kommen kann, in denen die Sicherheit bei der Datenübertragung eine besondere Rolle spielt. Bei Projekterfolg beabsichtigt die Universität Hannover, ein Unternehmen auszugründen, um die entwickelte Filtertechnologie zu vermarkten.