Innovative Bodenstationen für die Quantenkommunikation
Abhörsichere Kommunikation ist ein Grundbaustein unserer Gesellschaft. Damit trotz der Entwicklung zukünftiger sehr leistungsfähiger Quantencomputer die IT-Sicherheit gewährleistet bleibt, braucht es stetig innovativere Methoden als die bisherigen klassischen Verschlüsselungstechniken. Ein vielversprechender Ansatz hierfür bietet die Quantenkommunikation. Dabei werden fundamentale Eigenschaften der Quantenphysik, wonach die Bestimmung einer Eigenschaft eines Quantenobjekts dieses modifiziert, für eine sichere Datenübertragung ausgenutzt. Aufgrund dieses bekannten Wirkungsprinzips verändert das Abhören eines auf Quantenobjekten basierenden Kommunikationskanals die Quanteneigenschaften derart, dass ein Lauschangriff aufgedeckt werden kann. Dies erlaubt dann das Einleiten von Gegenmaßnahmen und sorgt für eine sichere Datenübertragung. Eine technische Umsetzung kann durch Aussendung von Lichtquanten, den Photonen, durch typische Glasfasern geschehen. Auf diese Weise können sichere Kommunikationskanäle mit Entfernungen von bis zu 100 Kilometern aufgebaut werden. Für größere Distanzen werden verlustärmere Kommunikationswege benötigt, wie die Übertragung von Photonen durch die Atmosphäre und das Weltall. Dabei werden Photonen von einer Bodenstation zu einem Satelliten und von dort zu anderen Satelliten oder zurück zu einer Bodenstation gesendet.
Ziel des Verbundprojekts „Skalierbare Bodenstation“ (QuNET+SKALE) ist die Entwicklung einer Bodenstation für den Einsatz in abhörsicheren satellitengestützten Quantenkommunikationsnetzwerken. Diese Bodenstation zeichnet sich durch Benutzungsfreundlichkeit, ein autarkes Betriebskonzept, hohe Leistungsfähigkeit, Modularität und einen kleinen Formfaktor aus. Um die Kompatibilität der Bodenstation mit verschiedenen Quantenkommunikationstechnologien zu ermöglichen, wird ein modulares Konzept entwickelt, mit dem das Quantenempfangsmodul ausgetauscht werden kann.
Die innovative Bodenstation, die in diesem Projekt entwickelt wird, geht weit über den aktuellen Stand der Technik hinaus und soll auf typischen Bürogebäuden autark arbeiten können. Aufgrund ihrer Benutzungsfreundlichkeit werden vor Ort keine Fachleute für den Betrieb der Bodenstation benötigt. Darüber hinaus erlaubt das modulare Konzept, baugleiche Bodenstationen für unterschiedliche Zwecke zu nutzen. Dies sind Grundvoraussetzungen für die Skalierbarkeit der Bodenstation und damit für ein satellitengestütztes Quantenkommunikationsnetzwerk. Die Bodenstation ist damit eine wichtige Schlüsseltechnologie der QuNET-Initiative und wird maßgebliche Beiträge für die zukünftige hochsichere Quantenkommunikation liefern. 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.