Mit der zunehmenden Bedrohung durch Quantencomputer wird die Entwicklung sicherer Kommunikationsmethoden immer wichtiger. Die Universität Paderborn beteiligt sich an einem neuen Verbundvorhaben, das darauf abzielt, die IT-Sicherheit durch den Einsatz von Quantennetzwerken zu verbessern. Dieses Projekt, das den Namen „Quantenrepeater.Net (QR.N)“ trägt, wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit rund 20 Millionen Euro über einen Zeitraum von drei Jahren gefördert. Dabei arbeiten 42 Partner aus Wissenschaft und Industrie zusammen, um neue Konzepte für Quantenrepeater zu entwickeln und diese auf realen Teststrecken zu demonstrieren. Uni Paderborn berichtet über die Ziele und die Bedeutung dieser Forschung.
Quantenrepeater spielen eine zentrale Rolle bei der sicheren Informationsübertragung über große Distanzen. Prof. Dr. Klaus Jöns, einer der beteiligten Forscher, erläutert, dass Quantenzustände nicht wie klassische Signale kopiert und verstärkt werden können. Daher liegt der Fokus der Arbeiten in Paderborn auf der Quantenfrequenzkonversion, die es ermöglichen soll, verschiedene Quanten-Repeater-Plattformen mit Telekommunikationsfasernetzwerken zu verknüpfen. Dabei sind verschiedene Arbeitsgruppen involviert, unter anderem „Optoelektronische Materialien und Bauelemente“ sowie „Integrierte Quantenoptik“.
Die Herausforderungen der Quantenkommunikation
Die Sicherstellung von quantensicherer Kommunikation ist nicht nur für wissenschaftliche Erkenntnisse relevant, sondern auch eine essentielle Voraussetzung für die Sicherheit kritischer Infrastrukturen. Der Einsatz herkömmlicher Verschlüsselungsverfahren, wie sie aktuell verwendet werden, ist durch die Möglichkeit, dass Quantencomputer diese Methoden entschlüsseln können, gefährdet. Quantenkommunikation und quantensichere Verschlüsselungsstrategien bieten vielversprechende Alternativen, wobei die Quantenschlüsselverteilung (QKD) als eine physikalisch sichere Methode gilt. Fraunhofer ISI und die Universität des Saarlandes berichten über die Fortschritte in der Quantenkommunikationstechnologie.
In einer umfassenden Studie werden verschiedene Generationen der Quantenkommunikation untersucht, von der ersten Generation Prepare & Measure-QKD bis hin zur dritten Generation, die auf Quantenrepeater setzt. Während die ersten beiden Generationen teilweise marktreif sind, ist die dritte Generation mit Herausforderungen konfrontiert, da sie bislang noch nicht marktreif ist. Diese unterschiedlichen Entwicklungsstufen zeigen die Dynamik und den steigenden Einfluss der Quantentechnologie in sicherheitskritischen Bereichen.
Marktentwicklung und Zukunft der Quantenkommunikation
Die Marktanalysen prognostizieren einen Anstieg des globalen Umsatzes in der Quantenkommunikation von 1,7 Milliarden Euro im Jahr 2023 auf 5,8 Milliarden Euro bis 2030, bei jährlichen Wachstumsraten zwischen 15 und 25 Prozent. Diese Perspektiven zeigen, dass Deutschland, die EU und auch globale Akteure wie China und die USA die strategische Bedeutung der Quantenkommunikation erkannt haben. Security Insider thematisiert die Notwendigkeit quantenresistenter Kryptografie, um mit den Herausforderungen umzugehen, die Quantencomputer darstellen.
Die Forschung zu quantenresistenter Kryptografie hat intensiv zugenommen, und verschiedene Ansätze, wie gitterbasierte und multivariate Kryptografie, werden als Lösungen untersucht. Unternehmen und Institutionen stehen vor der Herausforderung, ihre Sicherheitsinfrastrukturen anzupassen und sich auf quantensichere Verfahren umzustellen. Um dies erfolgreich umzusetzen, sind eine umfassende Risikoanalyse sowie eine fortlaufende Schulung der Mitarbeitenden unumgänglich.
Die Bedeutung der Quantenkommunikation und ihrer Technologien wird in Zukunft nicht nur für die Forschung, sondern auch für den Schutz kritischer Infrastrukturen weiter zunehmen. Die Entwicklungen in den kommenden Jahren werden entscheidend sein, um die digitale Sicherheit in einer von Quantencomputern dominierten Zukunft zu gewährleisten.