Die Universität Paderborn setzt einen bedeutenden Schritt in der Verbesserung der IT-Sicherheit. Im Rahmen des Projekts „Quantenrepeater.Net (QR.N)“ bringt die Hochschule 42 Partner aus Wissenschaft und Industrie zusammen, um innovative Konzepte für Quantenrepeater zu entwickeln. Dieses Vorhaben wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit etwa 20 Millionen Euro über drei Jahre gefördert. Ziel des Projekts ist es, sichere Informationsübertragung über große Distanzen zu ermöglichen, wobei Quantenrepeater als zentrale Technologie eine entscheidende Rolle spielen. Prof. Dr. Klaus Jöns, einer der involvierten Wissenschaftler, erklärt, dass Quantenzustände nicht wie klassische Signale kopiert und verstärkt werden können, was die Implementierung herausfordernd macht.
Ein wesentlicher Fokus der Forschungsarbeiten an der Universität Paderborn liegt auf der Quantenfrequenzkonversion. Diese Technologie soll den Austausch von Informationen zwischen verschiedenen Quanten-Repeater-Plattformen und klassischen Telekommunikationsfasernetzwerken optimieren. In diesem Rahmen sind auch verschiedene Arbeitsgruppen aktiv, wie die „Optoelektronischen Materialien und Bauelemente“ sowie die „Integrierte Quantenoptik“ und „Hybrid Quantum Photonic Devices“. Diese Teams evaluieren die Entwicklung neuartiger Quantenlichtquellen auf Basis von Halbleiternanostrukturen, die für Quanten-Repeater der dritten Generation eingesetzt werden sollen.
Die Relevanz von Quantenkommunikation für kritische Infrastrukturen
Die Bedeutung sicherer Kommunikation für die Gesellschaft, insbesondere für kritische Infrastrukturen, wird immer dringlicher. Laut der Fraunhofer-Gesellschaft wird die Sicherheit herkömmlicher Verschlüsselung durch die Bedrohung durch Quantencomputer zunehmend in Frage gestellt. Diese Quantencomputer könnten in der Lage sein, klassische Verschlüsselungsverfahren wie RSA in Zukunft zu knacken, was die Notwendigkeit quantensicherer Kommunikationsstrategien unterstreicht. Quantenkommunikation, insbesondere die Quantenschlüsselverteilung (QKD), verspricht eine physikalisch sichere Datenübertragung.
Die Studie des Fraunhofer ISI und der Universität des Saarlandes befasst sich mit den Technologien der Quantenkommunikation. Die Studie wird im Projekt Quantenkommunikation Deutschland (SQuaD) gefördert und untersucht auch die Marktreife sowie die Vor- und Nachteile der Technologien. In der Betrachtung der Entwicklung der Quantenkommunikation wird unter anderem zwischen drei Generationen unterschieden: von der ersten Generation mit Prepare & Measure-QKD, die bereits marktreif ist, bis zur dritten Generation, den Quantenrepeatern, die gegenwärtig noch in der Erprobung sind.
Technologische Herausforderungen und Prophylaxe
Die technologische Souveränität Europas ist aufgrund der Sicherheitsbedenken von höchster Bedeutung, insbesondere im Hinblick auf die zukünftige Integration quantensicherer Lösungen in die digitale Infrastruktur. Unternehmen sind gefordert, sich auf die Bedrohung durch Quantenattacken vorzubereiten. Experten empfehlen eine umfassende Bestandsaufnahme aller Systeme und Daten, um potenzielle Sicherheitslücken zu identifizieren. Gleichzeitig sind auch Maßnahmen zur Einführung quantenresistenter Kryptografie dringend erforderlich.
Diverse Ansätze in der quantenresistenten Kryptografie, darunter gitterbasierte und hash-basierte Algorithmen, gewinnen zunehmend an Bedeutung. Das National Institute of Standards and Technology (NIST) hat bereits erste Standards für Post-Quantum-Kryptografie veröffentlicht, die als sicherer Leitfaden für die Industrie dienen sollen. Die Herausforderungen liegen in der Anpassung bestehender kryptografischer Protokolle und der Notwendigkeit, höhere Rechenleistungen sowie längere Schlüssel zu verwenden.
Zusammengefasst stellen sowohl die Forschung an der Universität Paderborn als auch die Studien des Fraunhofer ISI und anderer Institutionen dringende Weichen für die Zukunft der IT-Sicherheit dar. Angesichts der Herausforderungen, mit denen die traditionelle Kryptografie konfrontiert ist, sind Konzepte zur quantenkommunikativ gesicherten Datenübertragung unerlässlich, um die digitale Infrastruktur und die Gesellschaft als Ganzes zu schützen.
Weitere Informationen zu diesen Entwicklungen finden Sie in den Berichten von der Universität Paderborn, dem Fraunhofer ISI und der Sicherheits-Insider.
