Ein großes Maß an Sicherheit gegen IT-Sabotage, -Spionage oder „hybride Kriegsführung“ versprechen Netzwerke, die auf quantenphysikalischen Grundlagen basieren. Die Grundlage für solche Netzwerke sind Quantenrepeater, deren Entwicklung ab Januar 2025 in einem neuen Forschungsverbund vom Bundesforschungsministerium gefördert wird. Dabei sollen Konzepte von Quantenrepeatern auf Teststrecken außerhalb von Laborumgebungen demonstriert werden. Einer der Partner im Verbund ist die ComNets-Professur der TU Dresden.

Jeder kennt Repeater von Zuhause: aus abgelegenen Steckdosen schicken sie das heimische W-Lan in Ecken der Wohnung, die der Router allein nicht erreicht. Diese kleinen Geräte erweitern - geschickt platziert - die Reichweite der Datenübertragung erheblich.

Neues Level an Sicherheit

An ungleich komplexeren Quantenrepeatern forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in Deutschland seit Jahren. Auch die Deutsche Telekom-Professur für Kommunikationsnetze (ComNets) gehört dem neu eingerichteten Forschungsprojekt „Quantenrepeater.Net (QR.N)“, mit an, das vom Bundesforschungsministerium gefördert wird. Sie und weitere 41 Partner aus Forschung und Industrie arbeiten an der Erforschung und Einrichtung von Quantennetzwerken.

Solche Netzwerke werden bedeutsam für freie Gesellschaften und den Schutz unserer kritischen Infrastruktur. Denn die quantenphysikalischen Grundlagen machen solche Netzwerke spionagesicher. Quantenrepeater erlauben eine sichere Übertragung von Informationen über größere Distanzen und liefern einen wichtigen Beitrag bei der Einrichtung einer quantengesicherten IT-Infrastruktur: sie ermöglichen die Quantennetzwerke und darüber hinaus die Perspektive der sicheren Vernetzung zukünftiger Quantencomputer.

Die Quantenzustände für die Kommunikation im Quantennetzwerk müssen mit hoher Qualität erzeugt, zwischengespeichert und möglichst verlustfrei übertragen werden. Um aus einer einfachen Verbindung zwischen zwei Punkten aber ein ganzes Netzwerk entstehen zu lassen, braucht es Knotenpunkte, die diese Quantenzustände zwischenspeichern und für die Übertragung zum nächsten Knoten sorgen – Repeater eben.

Ein herausforderndes Unterfangen

„Die Realisierung von Quanteninformationsaustausch über ausgedehnte Distanzen stellt eine enorme Herausforderung dar. Dennoch kann der potenzielle Nutzen dieser Technologie kaum hoch genug eingeschätzt werden, da nur so auch in Zukunft sichere, robuste und gleichzeitig taktile Telekommunikation gewährleistet werden kann“, schildert Caspar Arndt Hopfmann, der vonseiten der ComNets am Projekt beteiligt ist.

Die ComNets-Professur der TU Dresden stellt dem QR.N Projektverbund mit ihren mobilen und leistungsstarken verschränkten Phontonenpaarquellen ein zentrales Bauelement zur Verfügung. Diese Quellen sind ein fundamentales Bauelement zur Realisierung von langreichweitigen Quantenkommunikationsnetzwerken mittels Quantenrepeatersystemen auf Basis von Verschränkungstauschoperationen - und somit für das Kernvorhaben des QR.N-Projektverbundes.

Blick in die Zukunft

Ein erklärtes Ziel des Projektkonsortiums ist es, die Grundlage dafür zu erarbeiten, dass in einigen Jahren eine „quantengesicherte Kommunikation“ in Deutschland aufgebaut werden kann. Diese ist von hoher gesellschaftlicher Bedeutung, insbesondere, was die IT-Sicherheit und den Schutz kritischer Infrastruktur anbelangt. „Längerfristig werden Quantenrepeater somit zur Entwicklung einer Quanten-Informationstechnologie für öffentliche Kommunikationssysteme beitragen“, formuliert Christoph Becher – Professor für Quantenoptik an der Universität des Saarlandes und Sprecher des Forschungsverbundes – eines der übergeordneten Ziele des Forschungsprojekts.

Quantenrepeater werden also keine Elektronikmarkt-Massenware, wie ihre unscheinbaren Brüder in den Steckdosen. Aber ihre Bedeutung für unsere Gesellschaft wird umso größer sein.

Hintergrund:

Das Projekt „Quantenrepeater.Net (QR.N)“ startet am 1. Januar 2025. Es wird über 3 Jahre vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit insgesamt 20 Millionen Euro gefördert. Insgesamt arbeiten darin 42 Forschungseinrichtungen und Unternehmen zusammen, um die grundlegenden Bausteine  einer auf Quantenrepeatern aufbauenden Quanten-Netzwerkstruktur zu entwickeln. Das Projekt basiert auf Ergebnissen des ebenfalls BMBF-geförderten Projektes „Quantenrepeater.Link (QR.X)“, das unter der Federführung von Christoph Becher von 2021 bis Ende 2024 bundesweit die Grundlagen für die Entwicklung eines Quantenrepeaters erforscht hat. Diesem waren seit 2010 weitere Projekte vorangegangen.

Weitere Informationen:
Pressestelle TU Dresden
Mail:
Tel.: +49 351 – 463 32398

Prof. Dr. Christoph Becher
Mail:
Tel.: +49 681 3022466

Projektsteckbrief auf den Webseiten des BMBF:
https://www.forschung-it-sicherheit-kommunikationssysteme.de/projekte/quantenrepeater-net-qr.n