10. August 2021
Initiative QuNET demonstriert hochsichere und praxisnahe Quantenkommunikation - Erste quantengesicherte Videokonferenz zwischen zwei Bundesbehörden
Gruppe Systeme der Quantenkommunikation
Bei der Quantenkommunikation handelt es sich um die Übertragung von Quantenzuständen. Dies ist Grundlage für verschiedene Anwendungen, wie zum Beispiel die Quantenschlüsselverteilung oder die Vernetzung von Quantenrechnern.
Unsere Forschungsgruppe beschäftigt sich mit Systemen der Quantenkommunikation von ihrer ersten Konzeptionierung bis hin zur Durchführung von groß angelegten Satelliten- und Flugzeugexperimenten. Besondere Teilbereiche sind die analytische und messtechnische Kanalcharakterisierung, Berechnung der Verbindung sowie die Entwicklung der Bodenschnittstelle und Flugsysteme. Besonders im Fokus stehen dabei die Problemstellungen der Optik und Photonik.
Wir betreiben auch die Sonderlabore Optische Bodenstation Oberpfaffenhofen (Optical Ground Station Oberpfaffenhofen: OGSOP) und die Transportable Optische Bodenstation (Transportable Optical Ground Station: TOGS). Diese Sonderlabore sind wichtiger Bestandteil der Satelliten- und Flugzeugexperimente zur Quanten- und Telekommunikation.
Satellitenbasierte Quantenschlüsselverteilung
und Vernetzung
Die derzeit wichtigste und technologisch ausgereifteste Anwendung der Quantenkommunikation ist die Quantenschlüsselverteilung, welche ein zentrales Themenfeld unserer Gruppe bildet. Für den digitalen Austausch vertraulicher Daten sind abhörsichere kryptografische Verfahren unerlässlich. Die heute etablierten asymmetrischen Verfahren können jedoch den mächtigen Angriffen zukünftiger Quantenrechner nicht standhalten. Die Lösung ist der Austausch von sicheren Quantenschlüsseln zwischen den Kommunikationspartnern für die Verwendung von symmetrischen Verschlüsselungsverfahren. Die Übertragung der Quantenzustände über Glasfasern ist dämpfungsbedingt jedoch auf wenige hundert Kilometer begrenzt ist. Um eine Übertragung über weite Distanzen zu ermöglichen, arbeiten wir, zusammen mit wissenschaftlichen und industriellen Partnern, an neuen Methoden zur Quantenschlüsselverteilung über Satelliten. Mit unserem etablierten Know-how im Bereich der laseroptischen Freistrahlkommunikation arbeiten wir an quantenkryptografischen Systemen, die mit Hilfe von Satelliten über ganze Kontinente hinweg eine nachweislich sichere Verschlüsselung von Daten ermöglichen.
Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Quantenzustandsübertragung zur Vernetzung von Quantenrechnern oder Simulatoren hinsichtlich der Ertüchtigung eines zukünftigen Quantennetzes. Die Verschränkungsverteilung ist hier ein wichtiges Element. Zur Überbrückung weiter Distanzen können hier ebenfalls Satellitensysteme verwendet werden.
