Quantenverschlüsselung: Sicherer Schutz für kritische Daten und Infrastrukturen

Veröffentlicht am 02.09.2025 von Ronald Bergmann

FAU: Informationssicherheit durch Quantenverschlüsselung

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Quantenverschlüsselung: Ein Durchbruch in der Informationssicherheit

Das Ziel der Forschung am Regionalen Rechenzentrum Erlangen (RRZE) ist die Entwicklung sicherer Kommunikationsmethoden mit Hilfe von Quantenverschlüsselung. Die drängende Herausforderung der Datensicherheit, in einer Zeit, in der Quantencomputer sich rasant entwickeln, erfordert innovative Ansätze, um sensible Informationen vor unbefugtem Zugriff zu schützen.

Staatsgeheimnisse und kritische Infrastrukturen im Fokus

Die Bedeutung eines effektiven Datenschutzes ist mehr denn je spürbar, insbesondere in kritisch sensiblen Bereichen wie der militärischen Kommunikation und internationalen Verhandlungen. In diesen Kontexten ist die Geheimhaltung unerlässlich, um potenzielle Abhöraktionen zu verhindern und die Integrität von Verhandlungen zu wahren. Die aktuellen geopolitischen Spannungen verdeutlichen, wie entscheidend es ist, Daten vor Cyberangriffen und unbefugtem Zugriff zu sichern. Die Wissenschaftler am RRZE unter der Leitung von Dr. Susanne Naegele-Jackson nehmen diese Herausforderung ernst und setzen ihre Forschung in einem sensiblen Umfeld an.

QKD und PQC: Zwei Seiten einer Medaille

Im neu gestarteten Forschungsprojekt wird die Quantum Key Distribution (QKD) ins Visier genommen, eine Technologie, die darauf abzielt, Daten mithilfe zufälliger Quantenzustände zu verschlüsseln. Diese Methode zeichnet sich durch die physikalischen Prinzipien der Quantenmechanik aus, die im Optimalfall eine absolut sichere Kommunikation ermöglichen. Neben QKD wird auch Post-Quanten-Kryptografie (PQC) in die Praxis eingeführt. Diese innovative Technik nutzt mathematische Algorithmen, die auch gegen die Rechenleistung zukünftiger Quantencomputer standhalten sollen, um sicherzustellen, dass die Daten auch unter extremen Bedingungen geschützt bleiben.

Die Kombination von QKD und PQC stellt einen vielversprechenden Ansatz dar, um den drohenden Herausforderungen durch die fortschreitende Entwicklung von Quantencomputern zu begegnen. Die Forscher betonen die Wichtigkeit, Quantenverschlüsselungsverfahren gezielt weiterzuentwickeln, um auch in Zukunft die Datensicherheit gewährleisten zu können. „Die einzigartigen Eigenschaften von QuBits bieten einen entscheidenden Vorteil, denn sie ermöglichen eine abhörsichere Kommunikation“, erläutert Jasmin Neumann, eine der wissenschaftlichen Mitarbeitenden, und verweist dabei auf die revolutionären Möglichkeiten, die diese Technologien bieten.

Die praktische Umsetzung von Quantenverschlüsselung

Die Forschungsanstrengungen am RRZE konzentrieren sich in den kommenden Jahren auf die Praxistauglichkeit von QKD-Systemen. Dies beinhaltet umfangreiche Tests, um herauszufinden, wie sich licht- und temperaturempfindliche QuBits in realen Netzwerkinfrastrukturen verhalten. Die Integration dieser Quantenarbeit in die bestehende lokale Netzinfrastruktur ist von zentraler Bedeutung, um sichere Kommunikationsverbindungen zu ermöglichen.

Eine der größten Herausforderungen bleibt der sichere Schlüsselaustausch über große Entfernungen. Momentan sind Einzelphotonen, die für die Quantenkommunikation verwendet werden, nur bis zu 150 Kilometer übertragbar, ohne spezielle Quantenrepeater. Um diese Limitierungen zu überwinden, wird die Forschung auch untersuchen, wie Trusted Nodes, geschützte Standorte, zur Übertragung der Quanteninformationen eingesetzt werden können.

Ausbau der Infrastruktur für sichere Kommunikation

Die praktische Umsetzung der Quantenverschlüsselung erfolgt mit einem forschungsorientierten QKD-Gerätepaar von IDQ. Diese Geräte, die vorerst auf dem Campus des RRZE zusammenarbeiten, sollen bald eine sichere Kommunikationsstrecke zum Zentrum für nationales Hochleistungsrechnen Erlangen (NHR@FAU) bieten. Diese ersten Schritte sind essenziell, um das volle Potenzial der QKD-Technologie auszuschöpfen und die Grundlage für eine zukünftige Expansion der Quantenkommunikationsinfrastruktur zu schaffen.

Ziel ist es nicht nur, die Sicherheit innerhalb der eigenen Netzwerkumgebung zu stärken, sondern auch, diese über weitere Entfernungen zu erweitern. Eine solche Verbindung nach München könnte beispielsweise dazu beitragen, dass sensible Informationen auf regionaler und nationaler Ebene noch effektiver geschützt werden. Durch die fortlaufende Forschung und Entwicklung in diesem Bereich wird das RRZE einen entscheidenden Beitrag zur Fortentwicklung sicherer Kommunikationsstrategien leisten.

Fazit: Ein Schritt in die Zukunft der Informationssicherheit

Die Forschung am RRZE zu Quantenverschlüsselung und -sicherheit ist nicht nur ein innovativer Ansatz, sondern auch ein notwendiger Schritt, um den Herausforderungen der digitalen Zukunft zu begegnen. Um dem rasanten Fortschritt der Technologie gerecht zu werden, sind solche Initiativen von zentraler Bedeutung. Während Quantencomputer in der Lage sein könnten, traditionelle Verschlüsselungen zu umgehen, nützt die Quantenmechanik, um neue und robuste Methoden für die Datensicherheit zu entwickeln. Die kommenden Jahre werden entscheidend sein, um die Praxistauglichkeit dieser Technologien zu testen und zu implementieren.

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