Am 15. und 16. November 2018 trafen sich rund 100 Forscherinnen und Forscher zum Start des BMBF-geförderten Verbundprojekts „Quanten-Link-Erweiterung“ (Q.Link.X) in Königswinter. Ihr gemeinsames Ziel: der Bau des weltweit ersten funktionsfähigen Quantenrepeaters. Mithilfe dieses Geräts soll abhörsichere Quantenkommunikation künftig über Entfernungen von mehr als 100 Kilometern möglich sein.
In einer freien Gesellschaft ist es wichtig, dass Daten nicht manipuliert werden und Vertrauliches vertraulich bleibt. Doch die Bedrohungen dieser Vertraulichkeit nehmen zu: So können bereits heute verschlüsselt übertragene Daten gespeichert und in der Zukunft mit leistungsfähigeren Computern entschlüsselt werden. Auch künftig verfügbare Quantencomputer können viele der heute eingesetzten Verschlüsselungsverfahren brechen.
Wie lässt sich in diesem Umfeld in Zukunft abhörsichere Kommunikation gewährleisten? Das ist eine Schlüsselfrage, die nicht nur Staaten und Unternehmen umtreibt, sondern auch für Bürgerinnen und Bürger relevant ist. Bisherige Forschung hat gezeigt: Quantenkommunikation kann die Lösung sein. Denn die Sicherheit quantenkryptographisch geschützter Kommunikationskanäle basiert auf fundamentalen physikalischen Prinzipien. Quantenmechanisch verschränkte Photonenpaare befördern sicher und zuverlässig Informationen – allerdings bislang lediglich über Strecken von etwa 100 Kilometern. Ab dieser Entfernung nehmen die Übertragungsverluste überhand. In der klassischen Kommunikation werden deshalb Signalverstärker in die Glasfasern eingebaut. Diese optischen Verstärker lassen sich in der Quantenkommunikation jedoch nicht verwenden, da sie die Verschränkung der Photonenpaare und damit die Basis für eine sichere Kommunikation aufheben. Der Lösungsvorschlag der Forschung: der Quantenrepeater. Solche Geräte können zwischen Sender und Empfänger alle 100 Kilometer aufgestellt werden und verschränkte Zustände temporär speichern und verarbeiten. So wäre quantenkryptographisch gesicherte Kommunikation über beliebige Distanzen möglich.
Einen solchen Quantenrepeater zu konstruieren, ist das Ziel von Q.Link.X. In Königswinter kamen am 15. und 16. November zum Projektauftakt Vertreterinnen und Vertreter der 26 Teilprojekte aus Wissenschaft und Wirtschaft zusammen, um die Pläne für die intensive Forschung in den kommenden drei Jahren zu konkretisieren und die nächsten Schritte zu verabreden. Ein Beirat aus hochrangigen Vertretern aus Industrie und Bundeseinrichtungen, der das Verbundprojekt begleitet, gab bei der Veranstaltung wichtige Impulse.
Dr. Heike Prasse, Leiterin des fördergebenden Referats „Kommunikation und Sicherheit digitaler Systeme“, hob in ihrer Rede die nationale Bedeutung von Q.Link.X hervor: „Was Sie hier leisten werden, ist sehr wichtig für den Standort Deutschland. Mit diesem Verbundprojekt können wir einen entscheidenden Grundstein für mehr Sicherheit in der digitalen Welt der Zukunft legen.“
Das Ziel von Q.Link.X ist ambitioniert, denn zwischen Forscherinnen und Forschern in aller Welt herrscht ein Wettlauf, den ersten funktionsfähigen Quantenrepeater zu entwickeln. Die Projektpartner von Q.Link.X können bereits auf vielversprechende Ergebnisse zurückgreifen: Im BMBF-Projekt Q.Com haben Forscherinnen und Forscher zwischen 2014 und 2017 wichtige Vorarbeiten für die erforderlichen Komponenten geleistet. Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer des Auftakttreffens waren sich einig: Die Forschung in Deutschland ist jetzt so weit, dass es in Q.Link.X gelingen kann, den weltweit ersten funktionsfähigen Quantenrepeater zu bauen.
Die gute Ausgangslage für Deutschland wird auch im Ausland wahrgenommen. So betonte Ronald Hanson, Professor am Forschungsinstitut QuTech in Delft (Niederlande), in seiner Keynote, dass die Forschungscommunity in Deutschland exzellent aufgestellt und vernetzt sei. Dies seien ideale Voraussetzungen für den Erfolg von Q.Link.X. In seinem Vortrag ging der renommierte Quantenforscher auch näher auf die Vision eines künftigen Quanteninternets ein – der weltweiten Vernetzung von Quantencomputern.
Schlüsselkomponenten für ein solches weltumspannendes Netz sind leistungsstarke Quantenrepeater. Damit diese künftig verfügbar sind, werden die Forscherinnen und Forscher in Q.Link.X zunächst Demonstratoren realisieren. Diese sollen auf drei verschiedenen aussichtsreichen Materialplattformen basieren: Halbeiterquantenpunkten, einzelnen Atomen und Diamantfarbzentren. In welcher Kombination diese Materialsysteme in künftigen Quantenrepeater-Anwendungen zum Einsatz kommen werden, soll sich im Laufe des Projekts zeigen. Abgestimmt auf die Plattformen werden zudem die nachrichtentechnischen Grundlagen für Quantenrepeater-Strecken erforscht.
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