Das Applikationszentrum Quantenkommunikation am Fraunhofer IIS/EAS wird immer mehr zum Anlaufpunkt für die Entwicklung mikroelektronischer Komponenten für dieses spezielle Anwendungsgebiet. Gemeinsam mit Partnern aus der Wirtschaft arbeiten die Forschenden daran, ideal auf diese Form der Datenübertragung angepasste Bauteile zu entwerfen, zu charakterisieren und in einer hausinternen Testumgebung oder mithilfe einer Teststrecke innerhalb Dresdens zu erproben. Denn die Quantenkommunikation, die als zukunftsweisend gilt, um auch bei Angriffen durch Höchstleistungsrechner eine abhörsichere Informationsübertragung zu ermöglichen, erfordert spezielle Elektronik.

»An optischen Komponenten und ihrer Miniaturisierung für die Quantenkommunikation der Zukunft wird schon seit vielen Jahren geforscht, und es werden dabei große Fortschritte in Europa und Deutschland gemacht«, erläutert Johannes Verst, Geschäftsführer der Initiative Quantum Business Network (QBN), bei der das Fraunhofer IIS/EAS Mitglied ist. »Vor allem in puncto sicheres Design von miniaturisierter Mikroelektronik für diese Aufbauten gibt es allerdings noch großen Nachholbedarf. In diesem Sinne ergänzt das Applikationszentrum mit seinen Angeboten unser Netzwerk-Portfolio ideal, um die Innovationskraft unserer Community noch weiter zu stärken.«

Da nicht nur die Optik, sondern auch die für die Quantenkommunikation genutzte Elektronik entscheidend ist, um angriffssichere Gesamtsysteme zu entwickeln, hat sich das Applikationszentrum am Fraunhofer IIS/EAS den sicheren und modularen Entwurf dieser speziellen Mikroelektronik auf die Fahnen geschrieben. Dabei bieten die Forschenden Unternehmen in diesem Segment ein breites Portfolio an Services an – beginnend bei der gemeinsamen Konzeption von elektronischen Komponenten über Entwurfsdienstleistungen bis hin zur sicheren Inbetriebnahme. Für letzteres kann umfangreiche elektronische Messtechnik bis in den Gigahertz-Bereich genutzt werden, die auch für die Charakterisierung von Schaltungen zur Verfügung steht.

Ein hauseigenes Quantenkommunikations-Testbed sowie ein innerstädtischer Quantenkommunikations-Demonstrator runden das Leistungsangebot ab. Dabei kann mit Hilfe von polarisationsverschränkten Einzelphotonen ein Quantenschlüssel sicher ausgetauscht werden – entweder im Institutsgebäude oder über eine fünf Kilometer lange Glasfaserstrecke zu einem zweiten Fraunhofer-Institut in Dresden. Mittelfristig arbeiten die Wissenschaftler gemeinsam mit Optik-Experten aus Jena daran, einen Quantenschlüsselaustausch über sogenannte Trusted Nodes auch auf einer Entfernung von etwa 220 Kilometern zwischen den beiden Städten zu ermöglichen. Ziel aller Testaktivitäten ist es, aus den praktisch umgesetzten Kommunikationsverbindungen weitere notwendige Spezifikationen für die miniaturisierten Elektronik-Komponenten abzuleiten. Diese Ergebnisse fließen dann wiederum in die Entwicklungen am Applikationszentrum Quantenkommunikation und in das QBN-Netzwerk ein, um die deutsche und europäische Wirtschaft auf diesem zukunftsträchtigen Anwendungsgebiet zu stärken.

Der Ausbau des Applikationszentrums Quantenkommunikation wird mitfinanziert durch Steuermittel auf Grundlage des vom Sächsischen Landtag beschlossenen Haushaltes.

Zum Hintergrund

Viele der heute beispielsweise beim Online-Banking eingesetzten kryptografischen Verschlüsselungsverfahren werden zukünftig durch die voranschreitende Entwicklung von Quantencomputern prinzipiell angreifbar. Deshalb müssen schon heute neue  Methoden für die sichere Übertragung von Daten und Informationen erforscht werden. Verschlüsselungsverfahren, mit denen die herkömmlichen ersetzt oder sinnvoll ergänzt werden können, existieren bereits. Die Basis hierfür ist jeweils ein geheimer Schlüssel, der ausschließlich Sender und Empfänger vorliegt. Hier setzt die Quantenkommunikation an und damit Systeme, die mithilfe von Lichtquanten einen geheimen Schlüsselaustausch ermöglichen. Denn die Quantenschlüssel können aufgrund physikalischer Gesetze nicht unbemerkt abgehört werden. Die zu übertragenden Daten, die auf Basis der Quantentechnologie verschlüsselt werden, können hingegen über eine herkömmliche Verbindung transportiert werden.