Mobile Knoten für die Quantenkommunikation
Sichere Verschlüsselungsmethoden sind heutzutage sowohl beim Schutz kritischer digitaler Infrastrukturen als auch bei der Wahrung der Vertraulichkeit und Integrität von sensiblen Informationen
von zentraler Bedeutung. Insbesondere aufgrund des Angriffspotenzials von künftigen leistungsfähigen Quantencomputern sind neue kryptographische Algorithmen unabdingbar, um die IT-Sicherheit auch zukünftig nachhaltig zu gewährleisten. Dahingehend ist die Methode der Schlüsselverteilung mittels Lichtquanten, die sogenannte Quantenschlüsselverteilung (engl. Quantum Key Distribution, QKD) ein vielversprechender Ansatz, da aufgrund fundamentaler physikalischer Gesetze Quantenschlüssel nicht unbemerkt abgefangen und kopiert werden können. Die QKD-Technologie lässt sich sowohl in glasfaserbasierten, terrestrischen Kommunikationsnetzen als auch in Freistrahlsystemen einsetzen. Bei längeren Übertragungsstrecken ist jedoch eine freistrahlbasierte Übertragung der Quantenschlüssel mittels Satelliten oder hochfliegender Plattformen von Vorteil.
Ziel des an die QuNET-Initiative angegliederten, industriegeführten Vorhabens „Mobile Knoten“ (QuNET+MOBIXHAP) ist es, eine Höhenplattform (eng. High Altitude Platform, HAP) für die frei strahlbasierte Quantenschlüsselverteilung zu entwickeln und zu demonstrieren. Im Zentrum der Entwicklung steht dabei einerseits ein HAP-taugliches QKD-System, das sämtliche Netzwerkfunktionalitäten abdeckt, angefangen vom Aufbauen und Halten von Luft-Luft- sowie Luft-BodenstationVerbindungen bis hin zum Austausch von sicheren Quantenschlüsseln. Parallel dazu wird im Vorhaben auch eine unbemannte, auf einem speziellen hochfliegenden Stratosphären-Flugkörper basierende HAP entworfen und erprobt. Neben den primären Funktionalitäten soll das Gesamtsystem zudem auch autark operieren und den Störeinflüssen sowie den widrigen Einsatzbedingungen in der Stratosphäre widerstehen können. Diesen hohen Anforderungen soll durch die Entwicklung einer besonders robusten Regelungstechnik und komplexer Steuerungsalgorithmen begegnet werden − das alles jedoch unter der Maxime eines möglichst leichten und kompakten Designs.
Im Projekt werden die Grundlagen für robuste, autark operierende mobile Knoten für die Quantenkommunikation entwickelt, die perspektivisch gesehen den Aufbau eines QKD-Netzwerkes in der Stratosphäre ermöglichen. Somit könnten terrestrische glasfaserbasierte Quantenkommunikationsnetze um mobile freistrahlbasierte QKD-Lösungen erweitert werden. Das Vorhaben adressiert damit
einerseits die Problematik der Verteilung von Quantenschlüsseln über große Distanzen, trägt zugleich aber auch zur Steigerung der Ausfallsicherheit und Flexibilität einer quantensicheren ITInfrastruktur bei. Die Arbeiten leisten insgesamt einen wichtigen Beitrag für den Erfolg der QuNETInitiative. Die Beteiligung mehrerer Industriepartner stärkt außerdem die Position der nationalen ITSicherheitsbranche bei der Einführung und Verbreitung quantenbasierter Kommunikationssysteme.