In einer zunehmend digital vernetzten Welt wird die Datensicherheit immer wichtiger. Besonders die Bedrohung durch Quantencomputer, die in der Lage sind, verschlüsselte Dateien schnell zu decodieren, erfordert dringende Forschungsanstrengungen. Forschende sind bereits weltweit aktiv, um die Grundlagen für ein zukünftiges Quanteninternet zu schaffen, das abhörsichere Kommunikation durch quantenmechanische Phänomene ermöglichen soll. Laut Universität Hannover wird an dieser Technologie insbesondere die Quantenschlüsselverteilung (QKD) entwickelt, um die Sicherheit von Datenübertragungen zu gewährleisten.

Aktuelle Herausforderungen auf diesem Gebiet umfassen hohe Kosten, einen hohen Energieverbrauch und die Komplexität der Technologien, die eine einfache Skalierung verhindern. Zwei Forschende des Instituts für Photonik an der Leibniz Universität Hannover haben ein vielversprechendes Verfahren zur verschränkungsbasierten Quantenschlüsselverteilung entwickelt. Dieses neue Verfahren nutzt unterschiedliche Lichtfrequenzen zur Kodierung von Quantenzuständen, was die Sicherheit und Ressourceneffizienz erhöht. Die Frequenzkodierung ist widerstandsfähiger gegenüber Umwelteinflüssen als die bisher gewohnte Polarisation.

Fortschritte in der Quantenkommunikation

Die Entwicklungen in der Quantenkommunikation sind vielversprechend. Die Forschung konzentriert sich darauf, Quantenverschränkung und Quantensuperposition zur sicheren Übertragung von Informationen zu nutzen. Ziel ist die nahezu abhörsichere Kommunikation, die insbesondere für Regierungs- und Militäranwendungen sowie für Banken und das Gesundheitswesen von Interesse ist, so Fraunhofer.

In Pilotprojekten werden bereits Netzwerkknoten miteinander verbunden, wie die Initiative QuNet in Berlin zeigt. Zudem fördern Forschungsprojekte den Einsatz von Quantenrepeatern und satellitenbasierter Technologie, um Quantenkommunikation auch über große Entfernungen zu ermöglichen. Abhörversuche können dabei durch Abweichungen in der statistischen Verteilung sofort erkannt werden.

Herausforderungen und Ausblick

Trotz der Fortschritte bestehen nach wie vor erhebliche Herausforderungen in der Quantenkommunikation, die es zu bewältigen gilt, um eine breite Implementierung zu erreichen. Die Probleme der Skalierung und die Kosten der Quantenverschlüsselung müssen überwunden werden. Projektberichte von Das Wissen machen deutlich, dass technische Hürden bei der Erzeugung und Übertragung von Quantenzuständen bestehen.

Um die Effizienz und Praktikabilität von Quantenkommunikationssystemen zu erhöhen, ist eine interdisziplinäre Zusammenarbeit notwendig. Die Entwicklung sicherer und standardisierter Quantenverschlüsselungsprotokolle wird entscheidend sein, um die Zukunft der Informationsübertragung zu sichern. Indem Quantenkommunikation globale Netzwerke sicherer und effizienter gestaltet, kann sie möglicherweise traditionelle kryptographische Verfahren übertreffen und die Cyber-Sicherheit erheblich stärken.

Aktuelle Forschungsprojekte erhalten Unterstützung von Organisationen wie TÜV Nord, BMBF und ERC. Die erzielten Ergebnisse sollen nicht nur in Fachzeitschriften veröffentlicht, sondern auch in kommerzielle Anwendungen überführt werden, um den Nutzen dieser Technologien greifbar zu machen.