Der nächste Schritt

Was kommt nach der Digitalisierung mit ihren Nullen und Einsen? Quantentechnologien gelten als neue Schlüsseltechnologie, um Herausforderungen zu bewältigen, für die die klassischen Technologien bislang nicht ausreichen. Dazu gehören unter anderem technisch abhörsichere Datenkommunikation, ultrapräzise Messgeräte und Bildgebung oder wesentlich leistungsfähigere Computer. Von Christoph Berger

Am 17. Mai 2019 formulierte Bundesforschungsministerin Anja Karliczek das Ziel, dass Deutschland und Europa der vertrauenswürdigste Datenraum der Welt werden sollen. Geschehen soll dies durch den Einsatz der Quantenkommunikation. Den Grundstein für die sichere Kommunikation soll die Initiative QuNET legen – ein Gemeinschaftsprojekt der Fraunhofer-Gesellschaft zusammen mit der Max-Planck-Gesellschaft und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt. Von diesem Verbund soll ein Pilotnetz zur Quantenkommunikation in Deutschland entwickelt und aufgebaut werden.

Doch um was geht es bei der Quantenkommunikation eigentlich? Bestehende Kommunikationsnetzwerke werden durch eine Quantenschlüsselverteilung (QKD) auch langfristig sicher. Die Quantenverschlüsselung macht sich die Eigenschaft von vielen Quantenteilchen zunutze, dass sie nicht unbemerkt vermessen oder perfekt kopiert werden können. Eine Quantenquelle erzeugt Lichtpulse, die zwischen zwei Orten ausgetauscht werden. Aus den Ergebnissen einer quantenmechanischen Messung würde eine Manipulation oder ein Abhören der Lichtpulse sofort erkannt werden. Darauf aufbauend lassen sich zwei Schlüssel erzeugen, die nur dem Sender und Empfänger bekannt sind und die für eine Verschlüsselung genutzt werden können. Dieses Verfahren ist auch gegen alle zukünftigen Angriffe durch einen Quantencomputer sicher. Um größere Distanzen zu überwinden, können Quantenquellen beispielsweise verschränkte Photonenpaare von einem Satelliten mit interkontinentaler Reichweite an ihre Bestimmungsorte verteilen.

Das BMBF hat eine Informationsseite zu Quantentechnologien ins Internet gestellt:
www.bmbf.de/de/quantentechnologien-7012.html

Das Leitprojekt „QUILT“ der Fraunhofer-Gesellschaft: Quantum Methods for Advanced Imaging Solutions:
www.fraunhofer.de/de/forschung/fraunhofer-initiativen/fraunhofer-leitprojekte/quilt.html

Doch bisher sind solche Verbindungen nur über beschränkte Distanzen von bis zu 100 Kilometern und nur von einem Punkt zum anderen möglich. In Zukunft soll aber auch eine sichere Verbindung über große Distanzen realisiert werden. Um dies in der Praxis zu erproben, sind Teststrecken erforderlich. Daher werden bereits jetzt die Bundesländer Bayern, Sachsen und Thüringen mit eingebunden, die Infrastruktur wie Glasfaserstrecken und Labors für Wissenschaft und Technologieunternehmen bereitstellen.

Diese Vorteile beziehungsweise Eigenschaften der Quantenkommunikation will sich die Initiative QuNET bei der Arbeit zum Pilotnetz zunutze machen. Immerhin sei die Absicherung von Informations- und Kommunikationssystemen gegen IT-Angriffe eine entscheidende Voraussetzung dafür, dass Wirtschaft und Gesellschaft die Fortschritte und Chancen der Digitalisierung nutzen könnten, erklärte Ministerin Karliczek. Und nicht zuletzt gehöre die Forschung in der Quantentechnologie in Deutschland zur internationalen Spitze. Es gelte daher mit weiteren Maßnahmen den Grundstein für eine Quantenindustrie und Quanten-IT in Deutschland zu legen