Komplexitätsoptimierter Quantenreceiver mit Freistrahl-Schnittstelle
Die Sicherheit von Daten und Datenverbindungen ist eine Grundlage unserer immer stärker vernetzten Informationsgesellschaft. Mit der rasant fortschreitenden Entwicklung von Quantencomputern sind etablierte und weitverbreitete kryptographische Verfahren künftig nicht mehr sicher genug, so dass neue Ansätze benötigt werden, um Datensicherheit langfristig zu garantieren. Ein Lösungsansatz besteht im Schlüsselaustausch mittels Lichtquanten - einem Verfahren, das aufgrund quantenphysikalischer Prinzipien eine inhärente Abhörsicherheit verspricht. Derzeitige Implementierungen der notwendigen Empfangsmodule zum Quantenschlüsselaustausch sind technisch noch sehr komplex. Dadurch sind sie aufwendig in ihrer Bedienung und kostenintensiv – besonders, wenn auf kommerziell erhältliche Detektorsysteme zurückgegriffen wird. Alles zusammen behindert eine wirtschaftliche Nutzung solcher Systeme und damit den großflächigen Aufbau einer quantensicheren Kommunikationsinfrastruktur.
Ziel des Verbundprojekts „Komplexitätsoptimierter Quantenreceiver mit Freistrahl-Schnittstelle“ (RECONNAITRE) ist es, ein hocheffizientes, wartungsarmes und zugleich einfach zu bedienendes Empfangsmodul für den Schlüsselaustausch mittels Lichtquanten zu entwickeln. So soll der Einsatz für unterschiedliche Anwendungsszenarien möglich sein, ohne dass fachspezifische Vorkenntnisse der zugrundeliegenden Quantentechnologie nötig sind. Die Komplexitätsreduktion findet hierbei sowohl auf Komponenten- als auch auf Systemebene statt. Einer der Schwerpunkte des Projekts besteht darin, ein vollintegriertes Multi-Detektorsystem zu erforschen, das auf einem neuartigen Material- und Designansatz basiert. Im Projekt wird zudem nicht nur die zum Betrieb benötigte Elektronik und Software entwickelt, sondern auch eine hocheffiziente Breitband-Schnittstelle erforscht, die Lichtquanten aus der Übertragungsstrecke in das Detektorsystem einkoppelt. So können hohe Schlüsselraten erreicht werden. Die Praxistauglichkeit und verbesserte Leistungsfähigkeit des Empfangsmoduls für den Quantenschlüsselaustausch wird sowohl auf einer Glasfaserstrecke als auch in einer Freistrahlverbindung demonstriert.
Im Projekt wird ein schlankes, robustes und leistungsfähiges Empfangsmodul für den quantenbasierten Schlüsselaustausch entwickelt, welches über den derzeitigen Stand der Technik deutlich hinausgeht. Die gewonnenen Erkenntnisse stellen eine wichtige Innovation für die QuNET-Initiative dar und werden den Weg für einen praxistauglichen Einsatz dieser Technologie jenseits von Laboren ebnen. Perspektivisch kann so der flächendeckende Aufbau eines abhörsicheren Quantenkommunikationsnetzes angestoßen werden, das in Zukunft für Behörden, Betreiber kritischer Infrastruktur und in anderen Hochsicherheitsbereichen essenziell sein wird. Die Arbeiten leisten somit einen wichtigen Beitrag zum Erreichen der Gesamtziele der QuNET-Initiative.