Am 1. Januar 2025 startete das Forschungsprojekt „Quantenrepeater.Net (QR.N)“, das mit einer Fördermittelhöhe von 20 Millionen Euro drei Jahre lang vom Bundesforschungsministerium unterstützt wird. Ziel des Projektes ist es, Fortschritte im Bereich der Quantennetzwerke zu erzielen, die für die Sicherung von Kommunikationsinfrastrukturen in einer zunehmend digitalen Welt von großer Bedeutung sind. Bei diesem Vorhaben sind 42 Partner aus Forschung und Industrie beteiligt, um quantensichere Kommunikationslösungen zu entwickeln.

Die Universität Kassel ist mit zwei bedeutenden Teilprojekten an dem Vorhaben beteiligt. Der erste Teilbereich wird von Prof. Dr. Mohamed Benyoucef geleitet und konzentriert sich auf „Telekom-C-Band InP-basierte Quantenpunktstrukturen und Quantenpunktmolekülen“. Der zweite Teil unter der Leitung von apl. Prof. Dr. Cyril Popov entwickelt „Diamantbasierte photonische Nanostrukturen mit gekoppelten Farbzentren“. Diese Technologien sind entscheidend für die Erzeugung und den Transport von Quantenzuständen.

Technologische Herausforderungen und Sicherheitsvorteile

Quantenrepeater sind komplexe Technologien, die erforderlich sind, um die Reichweite und Effizienz von Quantennetzwerken zu erweitern. Diese Repeater ermöglichen es, Quantenzustände sicher zu speichern und über längere Distanzen zu transportieren, wodurch eine sichere Informationsübertragung garantiert werden kann. Dies ist besonders relevant in Anbetracht der Bedrohung durch moderne Computer und Quantencomputer, die bestehende kryptografische Verfahren obsolet machen könnten. Die Sicherheit der ausgetauschten Schlüssel basiert auf fundamentalen physikalischen Prinzipien und macht die Quantentechnologien zu einer Schlüsseltechnologie für die sichere Datenübertragung.

Das Projekt QR.N zielt darauf ab, Quantenrepeater-Strecken mit mehr als zwei Knoten zu demonstrieren. Dazu sollen parallele Quantenkanäle unter Verwendung von Multiplexing eingerichtet werden. Die Entwicklung von Basiskomponenten für Quantenrepeater ist eine der zentralen Aufgaben, um deren Einsatz außerhalb universitärer Labore zu realisieren. Zusätzliche Systeme für Quantenspeicher, wie Selten-Erd-Ionen, werden ebenfalls in die Hardware integriert, um einen effektiven Betrieb der Repeater zu gewährleisten.

Perspektiven der Quantenkommunikation

Die Relevanz von Quantenrepeatern reicht weit über die akademische Forschung hinaus. In einer Welt, in der sichere Kommunikation für die Stabilität von Gesellschaften und kritischen Infrastrukturen unverzichtbar ist, bietet die Quantenkommunikation Lösungen, die herkömmliche Verschlüsselungen deutlich übertreffen. Die Möglichkeit zur quantensicheren Kommunikation und zum Schutz kritischer Infrastrukturen ist ein zentraler Aspekt, der sowohl der Forschung als auch der Industrie große Herausforderungen und Chancen bietet.

Aktuelle Studien, wie jene des Fraunhofer ISI und der Universität des Saarlandes, untersuchen die Marktreife und den technischen Fortschritt von Quantenkommunikationstechnologien. Die Prognosen für den globalen Umsatz in diesem Bereich zeigen vielversprechende Wachstumsraten. Der Markt könnte von 1,7 Milliarden Euro im Jahr 2023 auf 5,8 Milliarden Euro bis 2030 wachsen, mit jährlichen Wachstumsraten zwischen 15 und 25 Prozent.

Das strategische Interesse an Quantenkommunikation wurde von Ländern wie Deutschland, der EU, China, den USA, dem UK, Japan und Südkorea erkannt. Diese Entwicklung ist ein entscheidender Schritt, um kritische Technologien zu sichern und die technologische Souveränität durch öffentliche Finanzierung und Investitionen in die Infrastruktur zu stärken.

Die Notwendigkeit zur Schaffung einer robusten und sicheren Kommunikationsinfrastruktur ist dringlich. Die Herausforderungen umfassen die Senkung der Infrastrukturkosten und die Weiterentwicklung der Technologien, während gleichzeitig das Bewusstsein für IT-Sicherheitsrisiken geschärft werden muss. Die Kooperation zwischen Forschungseinrichtungen und Industrie wird als entscheidend angesehen, um die Vision einer quantensicheren Kommunikation zu realisieren.

Für weitere Details zu den im Projekt QR.N entwickelten Technologien und deren Anwendungen besuchen Sie die Website der Universität Kassel: Uni Kassel. Informationen zum Projekt können auch auf der Plattform von Forschung IT-Sicherheit eingesehen werden: Forschung IT-Sicherheit. Weitere Studien zu Quantenkommunikation finden Sie auf der Website des Fraunhofer ISI: Fraunhofer ISI.