Erste deutsche Quanten-Videokonferenz

Deutsche Premiere: Erstmals haben zwei deutsche Bundesbehörden eine Quanten-Videokonferenz abgehalten – die übertragenen Daten waren quantenphysikalisch verschlüsselt. Als Schlüssel dienten dabei verschränkte Photonen, die mittels Laserstrahl und Glasfaser zwischen dem Bundesforschungsministerium und dem 300 Meter entfernten Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) ausgetauscht wurden. Diese im Rahmen des Projekts QuNET entwickelte Technologie soll die Datenübertragung sicherer machen.

Die Quantenkryptografie gilt als besonders abhörsichere Kommunikationsmethode. Denn jeder Versuch, die Daten abzufangen oder zu kopieren, bewirkt eine Zustandsänderung der beteiligten Lichtteilchen. Weil es sich dabei um verschränkte Photonen handelt, ist dies instantan beim Sender und Empfänger nachweisbar und der Zugriff kann vereitelt werden. Quantenphysikalische Schlüssel sind zudem selbst mit Quantencomputern kaum zu knacken.

Erste Komponenten und Prinzipien eines Quanten-Internets sind bereits in der Entwicklung, zudem haben Forscher schon Quanteninformationen per Glasfaser, durch die Luft und sogar über Satellit übertragen.

Laserphotonen als Quantenschlüssel

Jetzt hat die Technik auch in Deutschland Einzug gehalten: In einem Testlauf haben erstmals zwei deutsche Bundesbehörden in Bonn quantengesichert per Video kommuniziert – das Bundesforschungsministerium (BMBF) und das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI). Äußerlich wirkte diese Videokonferenz kaum anders als die unzähligen anderen, die in Zeiten der Corona-Pandemie stattfinden. Doch verschlüsselt wurde die Datenübertragung nicht mit herkömmlichen Methoden, sondern mittels Quantenkryptografie.

Konkret wurden für die Videokonferenz Quantenschlüssel in Form von verschränkten Photonen erzeugt und ausgetauscht. Die Übertragung dieser Schlüssel fand über zwei Freistrahl-Laserterminals durch die Luft statt und zusätzlich über eine Glasfaserverbindung. Der Vorteil von letzterem: „Faserbasierte Systeme ermöglichen die Einbindung neuester Quantentechnologie in aktuell bereits vorhandene Kommunikationsnetze, zum Beispiel Glasfaserkabel“, erläutert Martin Schell vom Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut HHI in Berlin.

Schritt zu umfassender Quantenkommunikation

Noch fand diese Quantenverbindung nur zwischen zwei Gebäuden statt, die nur rund 300 Meter auseinander lagen. Die Technologie soll aber den Weg zu einer umfassenden Quantenkommunikation zwischen Behörden und Institutionen ebnen. „Quantenkommunikation ist eine der entscheidenden Schlüsseltechnologien in der IT-Sicherheit und kann uns für zukünftige Bedrohungsszenarien rüsten. Das ist wichtig, denn Sicherheit und Souveränität im Netz sind Voraussetzungen für eine stabile Demokratie“, sagt Bundesforschungsministerin Anja Karliczek.

Notwendig wird die Quantenkommunikation insbesondere deshalb, weil herkömmliche Verschlüsselungen künftig leichter knackbar sein werden. Neue Algorithmen und vor allem die Entwicklung der Quantencomputer könnten Hackern die Entschlüsselung selbst mit normaler Rechenleistung nur langwierig zu knackender Codes ermöglichen. Nach dem Motto „store now, decrypt later“ können zudem schon heute Daten abgespeichert und später mittels „Brute Force“ in Ruhe geknackt werden.

Um solchen Datenlecks vorzubeugen, wurde vor zwei Jahren das Projekt QuNET ins Leben gerufen. Im Rahmen dieser Forschungsinitiative haben Wissenschaftler die Gesamtarchitektur für Systeme zur quantensicheren Kommunikation optimiert und Möglichkeiten zum Austausch von Quantenschlüsseln über lange, mittlere sowie kurze Distanzen mittels Freistrahl- und Fasersystemen entwickelt.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF