Innovative Datennachverarbeitung für die Quantenschlüsselverteilung
Eine zuverlässige und sichere Kommunikationsinfrastruktur ist ein fundamentaler Bestandteil einer souveränen Gesellschaft. Die zukünftige Entwicklung sehr leistungsfähiger Quantencomputer gefährdet jedoch die IT-Sicherheit, da diese heute gängige Verschlüsselungsverfahren brechen und damit unbrauchbar machen könnten. Dadurch sind nicht nur zukünftige Daten gefährdet, sondern auch heutige: Diese können gegenwärtig unbemerkt abgefangen und so lange gespeichert werden, bis leistungsfähige Quantencomputer sie in der Zukunft entschlüsseln. Hierbei bietet die Quantenkommunikation einen vielversprechenden Lösungsansatz: bei der Quantenschlüsselverteilung (engl.: Quantum Key Distribution, QKD) wird durch Ausnutzung quantenphysikalischer Eigenschaften, ein Schlüsselpaar generiert, welches zur sicheren Datenübertragung eingesetzt werden kann. Die Sicherheit des Schlüsselpaars basiert hierbei auf fundamentalen Naturgesetzen und bietet somit langfristige Sicherheit, welche auch unter zukünftigen Angriffen, z. B. durch den Quantencomputer, nicht kompromittiert wird. Um jedoch robuste und skalierbare Geräte entwickeln zu können, ist weitere interdisziplinäre Forschung und Entwicklung nötig. Hierbei ist das Know-how von Expertinnen und Experten unter anderem aus der Quantenphysik, der Informationstheorie und der Kryptographie gefragt.
Ziel des Projekts „Post-Processing für Quantenschlüsselverteilung mit kontinuierlichen und diskreten Variablen (QuNET+ProQuake)“ ist es, eine Software zur Datennachverarbeitung für die QKD zu entwickeln. Eine solche Software ist für eine sichere QKD notwendig, weil bei jeder Schlüsselverteilung beim Empfänger Messdaten entstehen, die erst nach komplexer Nachverarbeitung als Geheimschlüssel genutzt werden können. Im Zuge des Vorhabens wollen die Forschenden diese Datennachverarbeitung auf Software- sowie auf Hardware-Ebene unter Berücksichtigung unterschiedlicher relevanter QKD-Protokolle umsetzen. Mithilfe der zu entwickelnden QKD-Post-Processing-Plattform wird das Projektteam physikalische, informationstheoretische und implementierungsspezifische Sicherheitsaspekte eingehend untersuchen. Somit wird die Sicherheit zukünftiger hochsicherer Quantenkommunikationsinfrastrukturen von Anfang an gewährleistet.
Die geplante Entwicklung der QKD-Post-Processing-Plattform geht weit über den Stand der Technik hinaus und wird es ermöglichen, höhere Schlüsselraten zu erreichen. Gleichzeitig verspricht das neue Verfahren mehr Sicherheit. Zudem ist die Lösung kompatibel zu bestehenden und zukünftigen QKD-Komponenten. Die Forschungsarbeiten sind somit auch für die QuNET-Initiative von hoher Relevanz, denn mithilfe der Technologie können die Forschenden dort neue Schlüsselexperimente umsetzen und vorhandene QKD-Systeme weiterentwickeln. Die Beteiligung der Industriepartner am Projekt fördert die Verbreitung quantenbasierter Kommunikationssysteme in Deutschland und Europa. Das Projekt trägt so dazu bei, Deutschlands technologische Souveränität in Quantenkommunikationstechnologien frühzeitig und nachhaltig zu stärken.