Quantenrepeater: Schlüssel zur sicheren Kommunikation der Zukunft!

Heute ist der 29.01.2025

Datum: 29.01.2025 – Source 1 (https://presse.uni-mainz.de/neues-verbundvorhaben-forscht-an-quantenrepeatern-fuer-sichere-quantennetzwerke-der-zukunft/):
– Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert ab Januar 2025 das Forschungsprojekt „Quantenrepeater.Net (QR.N)“ mit 20 Millionen Euro über drei Jahre.
– Ziel des Projekts ist die Demonstration von Quantenrepeatern auf Teststrecken außerhalb von Laborumgebungen.
– Das Projekt wird von Prof. Dr. Christoph Becher von der Universität des Saarlandes koordiniert.
– Die Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) ist mit einem Teilprojekt beteiligt, das sowohl theoretische Modellierung als auch experimentelle Realisierung umfasst.
– Quantenrepeater sind entscheidend für die Entwicklung von faserbasierten Quantenkommunikationsnetzwerken mit langen Reichweiten.
– 42 Partner aus Forschung und Industrie arbeiten im Projekt zusammen.
– Quantenrepeater ermöglichen eine sichere Übertragung von Informationen über große Distanzen und sind wichtig für die Einrichtung einer quantengesicherten IT-Infrastruktur.
– Das Projekt QR.N basiert auf Ergebnissen des vorherigen BMBF-geförderten Projekts „Quantenrepeater.Link (QR.X)“, das von 2021 bis Ende 2024 lief.
– JGU-Experimente unter der Leitung von Prof. Dr. Ferdinand Schmidt-Kaler konzentrieren sich auf Defektzentren in Diamant als Licht-Speicher-Schnittstelle.
– Das Theorieprojekt der JGU, geleitet von Prof. Dr. Peter van Loock, befasst sich mit der theoretischen Modellierung von Quantenrepeatern und der Anwendung von Quantenfehlerkorrektur.
– Ein Ziel des Konsortiums ist die Entwicklung einer quantengesicherten Kommunikation in Deutschland, die für die IT-Sicherheit und den Schutz kritischer Infrastruktur von Bedeutung ist.

Source 2 (https://www.forschung-it-sicherheit-kommunikationssysteme.de/projekte/quantenrepeater-net-qr.n):
– Quantenkommunikation ist eine Schlüsseltechnologie für sichere Datenübertragung.
– Sie schützt vor Angriffen durch moderne Computer und Quantencomputer.
– Sicherheit basiert auf fundamentalen physikalischen Prinzipien, die den Austausch von Schlüsseln garantieren.
– Quantenrepeater sind notwendig für quantengesicherte Kommunikation über längere Distanzen.
– Quantenrepeater können Quantenzustände sicher speichern und weiterverteilen.
– Im Projekt „QR.N“ planen Verbundpartner die Demonstration von Quantenrepeater-Strecken mit mehr als zwei Knoten.
– Parallele Quantenkanäle sollen unter Verwendung von Multiplexing eingerichtet werden.
– Entwicklung von Basiskomponenten für Quantenrepeater und deren Einsatz auf Teststrecken außerhalb universitärer Labore.
– Ziel ist es, einen Quantenvorteil bei der Übertragung zu erzielen und Fehlerkorrektur für leistungsstarke Quantenrepeater zu implementieren.
– Hardware basiert auf verschiedenen physikalischen Systemen: Atomen, Ionen, Halbleiter-Quantenpunkten, Farbzentren in Diamant und Selten-Erd-Ionen.
– Hybride Kombination der Hardware-Systeme und systemübergreifende Protokolle sollen hardware-unabhängige Quantenrepeater ermöglichen.
– Quantenrepeater sind Schlüsselkomponenten für zukünftige Quantennetzwerke.
– Anwendungsfelder: quantensichere Kommunikation, Schutz kritischer Infrastrukturen, Behördenkommunikation.
– Perspektivisch ermöglichen Quantenrepeater langreichweitige Quantennetze mit verschränkten Quantenzuständen, auch europaweit.

Source 3 (https://www.isi.fraunhofer.de/de/presse/2024/presseinfo-19-quantenkommunikation-quantensichere-Kommunikation.html):
– Sichere Kommunikation ist wichtig für freie Gesellschaften und kritische Infrastrukturen.
– Kryptografische Verfahren sind zentral für die Sicherheit.
– Quantencomputer bedrohen die Sicherheit herkömmlicher Verschlüsselungen.
– Quantenkommunikation und quantensichere Verschlüsselungsstrategien sind mögliche Lösungen.
– Quantenschlüsselverteilung (QKD) verspricht physikalisch sichere Kommunikation.
– Quantenrepeater ermöglichen den Transport von Quantenzuständen über längere Distanzen.
– Studie des Fraunhofer ISI und der Universität des Saarlandes untersucht Quantenkommunikationstechnologien.
– Studie gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Projekt SQuaD.
– Betrachtung von Marktreife, Vor- und Nachteilen, Publikations- und Patentaktivitäten, Wachstumsraten und Technologieförderung.
– Drei Generationen der Quantenkommunikation:
– Erste Generation: Prepare & Measure-QKD, marktreif, aber hohe Kosten und fehlende Zertifizierungen hemmen breiten Einsatz.
– Zweite Generation: Verschränkungsbasierte QKD, weniger ausgereift, geringere Schlüsselraten, potenzielle Vorteile für komplexe Netzwerke.
– Dritte Generation: Quantenrepeater, ermöglichen größere Reichweiten und verteiltes Quantenrechnen, derzeit noch nicht kommerziell anwendbar.
– Patentierungsaktivitäten: 35% der Patente aus der EU, 29% aus den USA, 15% aus China.
– Industrie dominiert Patentanmeldungen (ca. 70%), Forschungsorganisationen tragen 30% bei.
– Prognose für globalen Umsatz: 1,7 Milliarden Euro im Jahr 2023, Anstieg auf 5,8 Milliarden Euro bis 2030.
– Jährliche Wachstumsraten zwischen 15 und 25 Prozent erwartet.
– Strategische Wichtigkeit der Quantenkommunikation erkannt von Deutschland, EU, China, USA, UK, Japan und Südkorea.
– Notwendigkeit zur Sicherung kritischer Technologien in Deutschland und Europa betont.
– Herausforderungen: hohe Infrastrukturkosten, Technologieentwicklung, Bewusstsein für IT-Sicherheitsrisiken.
– Stärkung der technologischen Souveränität durch öffentliche Finanzierung, Kaufanreize, Investitionen in Infrastruktur, Öffentlichkeitsarbeit und Bildungsprogramme.
– Förderung des Technologietransfers, Beseitigung von Zulassungshürden, Zusammenarbeit der EU-Mitgliedsstaaten wichtig.