Uni Ulm: Abhörsichere Kommunikation dank Quantenverschlüsselung

Quantenbasierte Kommunikationstechniken sind die Zukunft der Informationsübertragung: Mit ihnen lassen sich Daten besonders sicher versenden und empfangen, unbemerkte Lauschangriffe sind nicht möglich. Um an dieser Technik zu forschen, haben die Universität Ulm und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) am Oberen Eselsberg eine gemeinsame Quantum Key Distribution-Teststrecke errichtet. „Wir schicken erstmals Bits und Informationen zwischen der Uni Ulm und dem DLR hin und her“, sagte Universitätspräsident Professor Michael Weber. Professor Joachim Ankerhold, Vizepräsident für Forschung, ergänzte: „Das ist der Einstieg in ein Forschungsprogramm, von dem die ganze Region profitieren wird.“ Das DLR bringt seine Expertise in der optischen Kommunikation, Raumfahrt und Quantencomputing in das Projekt ein.
 
Die rund 2,5 Kilometer lange QKD-Strecke verläuft zwischen der Uni Ost und dem Institut für Quantentechnologien des DLR. Für den ersten Testlauf am Montag  standen sowohl Sender als auch Empfänger in einem Labor der Universität. Als Beispiel-Information dienten medizinische Patientendaten, die von einem Computer auf den anderen übertragen und dafür über eine bereits existierende Glasfaserverbindung zum DLR-Institut und wieder zurück versandt wurden. Dies zwar auf konventionellem Weg; der Schlüssel zum Zugang zu diesen Informationen wurde allerdings quantenbasiert übermittelt. Er kann nicht unbemerkt durch einen Hackerangriff abgehört werden. Dieses Szenario wurde ebenfalls simuliert. „Wir können zwar nicht verhindern, dass jemand zuhört, werden es aber aufgrund der Quantenmechanik immer merken“, erklärte Professor Ankerhold. „Dafür nutzen wir die Quanteneigenschaften von Licht.“ Der Quantenschlüssel wird mithilfe von Photonen erzeugt.

Die neue Form der Informationsvermittlung soll vor allem dort zum Einsatz kommen, wo es um hochsensible, persönliche Daten geht, eben wie im medizinischen Bereich. Ein interdisziplinäres Team der Universität Ulm wird die neue QKD-Strecke für die Grundlagenforschung in den Bereichen Kryptografie, Verschränkung von Quantenbits bis hin zu Quantencomputern und Radaranwendungen nutzen; das DLR konzentriert sich auf die anwendungsnahe Forschung und Weiterentwicklung. Auch gemeinsame Experimente sollen stattfinden.

Die für die Verschlüsselung notwendigen Geräte wurden von Quantum Optics Jena bereitgestellt. Das Start-up hat auch eine passende Software entwickelt. „Wir machen die Quanten am Bildschirm sichtbar“, so Geschäftsführer Kevin Füchsel. Wie Quantenverschlüsselung funktioniert, erklärt er so: „Wir nutzen verschränkte Photonenpaare und messen ihre Eigenschaften. Dadurch generieren wir jede Minute einen neuen, kryptografischen Quantenschlüssel. Wenn ein Angreifer im System ist, sieht man die Störung sofort.“ Sende- und Empfängermodule wirken von außen eher unspektakulär: Die schwarzen Kästen sind mit einem Glasfaserkabel verbunden, das 2,5 Kilometer zum DLR und wieder zurück führt.

Die nächsten Schritte sind schon geplant: Die Universität Ulm und das Karlsruher Institut für Technologie sollen über die Universität Stuttgart durch eine QKD-Strecke miteinander verbunden werden. Diese Aktivitäten sind Teil der Gesamtstrategie des landesweiten Innovationscampus QuantumBW, in dem Unternehmen und Forschungseinrichtungen Baden-W& amp;amp; amp;amp; amp;amp; amp;amp; amp;amp; amp;uuml;rttembergs die Quantenrevolution vorantreiben und quantentechnologische Forschung in die Anwendung bringen.