Startschuss in Jena: BMBF-Initiative QuNET für abhörsichere Quantenkommunikation
QuNET-Projekt am Fraunhofer IOF startet, baut sicheres Quantenkommunikationsnetz für Deutschland und stärkt digitale Sicherheit und Souveränität.
Am 12. November 2019 trafen sich rund 30 Projektbeteiligte zum Start von QuNET am Fraunhofer IOF in Jena. Im Rahmen der BMBF-geförderten Initiative werden die Fraunhofer-Gesellschaft, die Max-Planck-Gesellschaft und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt ein Pilotnetz zur Quantenkommunikation in Deutschland aufbauen, das der abhör- und manipulationssicheren Datenübertragung dient.
Zum Projektstart erklärte Bundesforschungsministerin Anja Karliczek per Videobotschaft: »Wir müssen unsere Informations- und Kommunikationssysteme größtmöglich gegen IT-Angriffe absichern. Nur dann können Wirtschaft und Gesellschaft die Fortschritte und Chancen der Digitalisierung umfassend nutzen. Deshalb ist der Aufbau einer Quantenkommunikationsinfrastruktur zentral für uns. Denn diese ermöglicht mehr Sicherheit und auch technologische Souveränität. Deutschland und Europa sollen der vertrauenswürdigste Datenraum der Welt werden. Die Arbeit von QuNET wird uns diesem Ziel ein großes Stück näherbringen.«
Motivation
Sichere Kommunikationsnetzwerke haben in modernen Informationsgesellschaften den Stellenwert einer kritischen Infrastruktur. Aktuell nehmen Cyberangriffe und Datenlecks immer mehr zu, wovon neben der Wirtschaft auch die Bürgerinnen und Bürger sowie öffentliche Einrichtungen und Bundesbehörden betroffen sind. Hinzu kommt, dass neueste technologische Fortschritte in der Entwicklung von Quantencomputern neue Wege der Datenübertragung erforderlich machen. Diese künftigen Hochleistungsrechner werden in der Lage sein, wichtige kryptografische Verfahren unserer heutigen digitalen Kommunikation zu brechen und so den sicheren Datenverkehr zu gefährden.
Quantenkommunikation wiederum ermöglicht es, dieser Gefährdung entgegen zu treten und sensible Informationen so zu übertragen, dass deren Vertraulichkeit gewahrt bleibt. Dabei werden Quantenzustände zur Verteilung kryptographischer Schlüssel eingesetzt, die aufgrund fundamentaler quantenphysikalischer Gesetze weder kopiert noch mitgelesen oder gar manipuliert werden können.
Prof. Andreas Tünnermann, Leiter des Fraunhofer IOF sagte dazu in seiner Eröffnungsrede: »Datensicherheit ist ein Grundrecht und im Rahmen von QuNet werden wir versuchen, Beiträge für eine sichere Kommunikation, aber auch für ein sicheres Abspeichern von Daten in Deutschland und Europa zu leisten. Diese Infrastruktur wird sowohl für die Wissenschaft als auch für die Wirtschaft interessant sein«.
Projektstart und gesetzte Ziele
In Jena kamen anlässlich des Projektstarts der Förderinitiative QuNET Vertreter aller beteiligten Institutionen zusammen, um sich über die nächsten Schritte auszutauschen und konkrete Arbeitspakete zu verabschieden. Die Forscherinnen und Forscher werden in einer ersten Phase (QuNET-alpha) Quantenkommunikationstechnologien für hybride Kommunikationssysteme erforschen und eine quantengesicherte Pilotstrecke zwischen Bundeseinrichtungen aufbauen.
In weiteren Projektphasen zielt die Initiative auf die Anschlussfähigkeit an weitere europäische Quantennetz-Initiativen ab. In enger Zusammenarbeit mit der deutschen Wirtschaft und dem Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) wird QuNET dazu eine deutsche Quantenkommunikationsinfrastruktur implementieren. Damit schafft QuNET wichtige Grundlagen für eine quantengesicherte Kommunikation, die in Zukunft über die Bundesbehörden hinaus auch der Industrie sowie Bürgerinnen und Bürgern Sicherheit in der digitalen Welt bieten wird.
Die Rolle des Fraunhofer IOF
Das Fraunhofer IOF übernimmt im Projekt »QuNet« die Verbundkoordination und bringt unter anderem seine Expertise in den Bereichen optischen Quantentechnologien, Präzisionsmechanische Systeme und Adaptive Optik ein. Neben einer mobilen Open Science Plattform (QuBus) und Freistrahl‐Experimenten zur Quantenschlüsselverteilung arbeiten die Jenaer Kolleginnen und Kollegen beispielsweise an neuen Hochleistungsquellen für Photonenpaare. Im Rahmen einer Laborführung konnten die Gäste einen Einblick in die entsprechenden Teilprojekte erhalten.
BMBF und Forschung starten Großoffensive für die Quantenkommunikation
Die Bundesregierung will in den kommenden Jahren massiv ihre Unterstützung im Bereich der optischen Quantenkommunikation aufstocken. Auf einer Pressekonferenz im Berliner Fraunhofer-Forum verkündete Bundesforschungsministerin Anja Karliczek heute den offiziellen Start der neuen Großoffensive »QuNET«. Zukünftig soll hier intensiv an photonischen Technologien für abhörsichere quantenbasierte Kommunikationsnetzwerke geforscht werden. Das Konsortialvorhaben wird federführend geleitet durch das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) plant zusammen mit der Fraunhofer-Gesellschaft, der Max-Planck-Gesellschaft und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt eine Großinitiative für ein abhörsicheres Quantennetz. Auf einer Pressekonferenz im Berliner Fraunhofer-Forum hat die Bundesministerin für Bildung und Forschung, Anja Karliczek, heute die Förderung der Initiative »QuNET« bekanntgegeben. Mit einem Fördervolumen von zunächst 25 Millionen Euro soll in den kommenden Jahren daran geforscht werden, wie man die Gesetze der Quantenphysik für sichere Kommunikationsnetze nutzbar machen kann.
Ministerin Anja Karliczek stellte dazu die Pläne des BMBF vor: »Im digitalen Zeitalter sind Wirtschaft und Gesellschaft auf eine sichere Kommunikation mehr denn je angewiesen. Sichere Datenleitungen sind die Lebensadern unseres Zeitalters. Deshalb muss der Datenaustausch so sicher wie möglich gemacht werden. Die Quantenkommunikation bietet dafür einzigartige Möglichkeiten. Deutschland und Europa müssen in diesem Bereich eigene Kompetenzen ausbauen, um nicht von anderen abhängig zu werden. Darum müssen wir die Forschung auf diesem Zukunftsfeld voranbringen. Deutschland und Europa sollen der vertrauenswürdigste Datenraum der Welt werden – deshalb werde ich das Thema auf die deutsche und europäische Agenda setzen. Mit der Initiative ›QuNET‹ legen deutsche Spitzenforschung und Unternehmen gemeinsam den Grundstein für die sichere Kommunikation der Zukunft. Ich bin den Teilnehmern dieses einzigartigen Projekts dankbar, dass sie sich in diesem Zukunftsfeld engagieren.« Ziel von »QuNET« ist die sichere Kommunikation zwischen Regierungsorganisationen. Das auf insgesamt sieben Jahre angelegte Vorhaben soll jedoch darüber hinaus als zentrale Plattform für den Aufbau einer deutschen Quantenkommunikationsinfrastruktur dienen und wird auch wegweisend für den Aufbau eines Quanteninternets sein. Auf europäischer Ebene verfolgen die Bundesregierung und die »QuNET«-Konsortialpartner das Ziel, einen sicheren europäischen Datenraum zu schaffen.
Herausforderungen für die Quantenkommunikation
Um dieser Herausforderung zu begegnen, hat sich die Fraunhofer-Gesellschaft mit ihren Instituten für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF (Jena) sowie Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut HHI (Berlin) mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt sowie dem Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts (Erlangen) zusammengeschlossen. Auch Industriepartner aus den Bereichen Telekommunikation, System- und Komponentenentwicklung, Sicherheit, Satellitenbetrieb sind in das Projekt involviert; darunter Unternehmen wie Deutsche Telekom AG, ADVA Optical Networking und Tesat-Spacecom. Durch die enge Verzahnung mit der nationalen Industrie soll der Grundstein für einen schnellen Transfer der im Projekt »QuNET« entwickelten Lösungen sichergestellt werden.
Fraunhofer-Präsident Prof. Reimund Neugebauer erläuterte dazu die Strategie der Fraunhofer-Gesellschaft: »Mit ›QuNET‹ legen wir an der Seite exzellenter Partner aus Forschung, Wirtschaft und Politik den Grundstein für den Aufbau einer einheitlichen und sicheren europäischen Informations- und Kommunikationsinfrastruktur. Dieses Vorhaben ermöglicht es, die Vorreiterrolle und Technologieführerschaft Deutschlands in diesem strategisch wichtigen Bereich weiter auszubauen. Langfristig planen wir, durch die Verbindung von quantenbasierter Kommunikationsinfrastruktur mit den International Data Spaces Datensouveränität und Datensicherheit im europäischen Datenraum auf höchstem Niveau zu vereinen.«
Neue Chancen für die digitale Gesellschaft
Hintergrund der Initiative ist die steigende Leistungsfähigkeit digitaler Technologien, die auf Datennetzwerke von heute einwirken und eine zunehmende Gefahr für die Sicherheit unserer modernen Informationsgesellschaft darstellen. Vor allem Regierungsorganisationen, Banken und sicherheitskritische Unternehmen müssen ihre Sicherheitsinfrastrukturen dahingehend überdenken und erneuern.
Prof. Andreas Tünnermann, Leiter des Fraunhofer IOF und Initiator des Vorhabens »QuNET« erläutert: »Die Initiative vereint synergetisch die komplementären Kompetenzen hochrangiger deutscher Forschungseinrichtungen im Bereich der Quantenkommunikation. Das Vorhaben adressiert strategisch die Entwicklung neuer heterogener Quantenkommunikationsnetze, die einen Multi-User-Betrieb ermöglichen werden. Damit wird ›QuNET‹ einen wichtigen Beitrag für eine physikalisch sichere Kommunikation in Deutschland und Europa leisten«. Prof. Gerd Leuchs, Direktor emeritus am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts verwies ergänzend auf das technische Potenzial optischer Quantenkommunikation: »Die spezielle Eigenschaft der Quantenmessung, immer nur einen Teil, aber nie die gesamte vorliegende Information preiszugeben, bietet den Spielraum für interessante Anwendungen vom perfekten Zufallszahlengenerator bis hin zur Enttarnung von unerlaubten Mithörern. Beides ist wichtig für die sichere Kommunikation.«
Im Herbst 2019 wird das in drei Phasen gegliederte Projekt offiziell starten: Zunächst entwickeln die Forscherinnen und Forscher die Hardwarekomponenten, im zweiten Schritt erarbeiten sie die technologischen Grundlagen für einen Mehrbenutzerbetrieb in heterogenen Netzwerken. In der dritten Phase soll gemeinsam mit der Industrie und Bundesnetzbetreibern das auf Quantentechnologie basierte Behördennetzwerk implementiert werden.
