Demonstration quantengesicherter Mehrparteien-Kommunikationsnetzwerke
In der zunehmend digitalisierten Welt ist der sichere Austausch von Daten nicht nur eine wirtschaftliche Notwendigkeit, sondern auch Grundlage demokratischer Gesellschaftsstrukturen. Heutzutage gängige Verschlüsselungstechnologien nutzen dafür mathematische Methoden, deren Sicherheit auf der endlichen Leistungsfähigkeit aktueller Computer basiert. Um Daten auch zukünftig in Zeiten leistungsstärkerer Quantencomputer zu schützen, bedarf es neuer Technologien. Hier setzt die Quantenkommunikation an. Sie ermöglicht, die Datenübertragung auf Basis physikalischer Gesetze mittels des sogenannten Quantenschlüsselaustauschs (engl. QKD) abzusichern. Während die Entwicklung hierzu bei Punkt-zu-Punkt-Verbindungen rasant voranschreitet, stellt der großflächige Einsatz der Technologie in Kommunikationsnetzwerken noch eine große Herausforderung dar. In einer hierfür skalierbaren Quantenkommunikationsinfrastruktur muss nicht nur der gleichzeitige Zugang mehrerer Nutzer gewährleistet sein. Es müssen zudem eine Vielzahl von lokalen Teilnetzen wie auch verschiedene Übertragungstechnologien in das Netzwerk integriert werden können. Darüber hinaus muss das Netzwerk resilient gegenüber verschiedenen Angriffen und gleichzeitig kompatibel mit bestehender Telekommunikationsinfrastruktur sein.
Das Vorhaben „Einsatz von Quantentechnologie für quantengesicherte Kommunikation (QuNET-gamma)“ zielt darauf ab, im Rahmen einer öffentlichkeitswirksamen Demonstration einen umfassenden Funktionsnachweis der in der QuNET-Initiative erforschten technologischen Grundlagen zu erbringen. Dabei sollen insbesondere die in der Initiative bislang entwickelten Konzepte, Komponenten und Systeme auf ihren Einsatz in skalierbaren Netzwerken in konkreten Anwendungen hin evaluiert und deren Zusammenwirken aufgezeigt werden. Des Weiteren sollen die erforschten Lösungsansätze zu praktischen IT-Sicherheitsaspekten, wie die Authentifizierung von Nutzern sowie die Analyse und Reaktion auf mögliche Angriffe verifiziert werden. Hierfür werden die Forschenden die in QuNET-beta – der aktuell laufenden Phase der QuNET-Initiative – sowie die in den begleitenden, industriegeführten QuNET+Projekten entwickelten Lösungen zusammenführen und in einem finalen gemeinsamen Schlüsselexperiment der QuNET-Initiative unterschiedliche Anwendungsszenarien eines Mehrparteien-QKD-Kommunikationsnetzwerkes demonstrieren.
Mit dem öffentlichkeitswirksamen Funktionsnachweis werden das Vertrauen und die Akzeptanz in die Quantenkommunikationstechnologie gestärkt. Die finale Zusammenführung der Ergebnisse der QuNET-Initiative im Rahmen von QuNET-gamma bildet zusammen mit der in QuNET erarbeiteten Roadmap für eine zukünftige nationale Quantenkommunikationsinfrastruktur die Grundlage für wichtige Handlungsempfehlungen für den Aufbau eines Ökosystems für Quantenkommunikation. Ziel ist es, die deutsche Wirtschaft zu befähigen, neue Märkte im Bereich der Quantenkommunikation zu erschließen und den Aufbau von QKD-Netzen mit nationalen Lösungen zu ermöglichen. Insgesamt leistet die QuNET-Initiative damit einen wichtigen Beitrag zur technologischen Souveränität Deutschlands und Europas im Bereich der IT-Sicherheit.