Die Quantenkommunikation ermöglicht den abhörsicheren Austausch von Schlüsseln für das Kodieren sicherheitsrelevanter Information. Im Gegensatz zu algorithmischen Kryptographieverfahren, deren Sicherheit durch den mit einer Entschlüsselung verbundenen Rechenaufwand gewährt wird, basiert die Sicherheit dabei auf physikalischen Prinzipien, wie etwa der Quantenverschränkung oder dem Superpositionsprinzip.
Langfristige Datensicherheit
Das Fraunhofer IOF entwickelt gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Wirtschaft im Rahmen der QuNET-Initiative die physikalisch-technischen Grundlagen von Quantenkommunikationssystemen und optischer Linktechnologien für den Einsatz in realer Infrastruktur – zielgerichtet für die Anwendung in Hochsicherheitsnetzen. Forschungs- und Entwicklungsbeiträge des Fraunhofer IOF werden dabei durch Expertise und Kompetenz entlang der gesamten quantenphotonischen Prozesskette getragen: Neben Komponenten und Schlüsseltechnologien werden dabei auch Gesamtsysteme für die Quantenkommunikation in realer Freistrahl- und Fasernetzinfrastruktur untersucht und demonstriert.
Experiment zur Quantenkommunikation
In der ersten Projektphase von QuNET wird ein Schlüsselexperiment an der Schnittstelle zwischen Quantenkanälen in unterschiedliche Wellenlängenbändern und Übertragungsmedien durchgeführt: eine erforderliche Entwicklung für die zukünftige Integration in eine heterogene Netzarchitektur. In einem Technologie-Demonstrator wird über einen optischen Freistrahllink eine sicherere Verbindung zwischen zwei Gebäuden und deren Anbindung an ein Glasfasernetz ermöglicht.
Aufbau
Elementare Bausteine des Demonstrators sind präzisionsoptische Spiegelteleskope für die optimierte Übertragung von polarisationskodierten Quantenzuständen, eine polarisationsverschränkte Photonenpaarquelle, sowie ein Detektionssystem für Photonpaarkorrelationsmessungen mit hoher Zeitauflösung. Die Teleskope sind jeweils mit einer aktiven Strahlnachführung ausgestattet und ermöglichen mit einer Apertur von 20 cm einen Freistrahllink. Die Verschränkungsquelle emittiert Photonen mit zwei Wellenlängen: 810 nm für verlustarme Freistrahllinks und 1550 nm für absorptionsarme Glasfaserübertragung. Das Detektionssystem erzeugt aus den Quantenzuständen schnelle Schlüsselaustauschraten. Mittels hoher Zeitauflösung und präziser Synchronisation im Pikosekunden-Bereich garantiert es eine abhörsichere Kommunikation zwischen den Endpunkten.
Die Sicherheit der Quantenkommunikation basiert in diesem Fall auf dem sogenannten BBM92-Protokoll für polarisationsverschränkte Photonen.
