Montag, 01. Oktober 2018

Saarbrücker Physiker wollen in bundesweitem Projekt die Reichweite von Quantenkommunikation erweitern

Die Kommunikation übers Internet mit quantenphysikalischen Methoden wäre eine quasi abhörsichere Technologie. Bisheriger Schwachpunkt ist allerdings, dass die Reichweite in gängigen Glasfasernetzen auf rund 100 Kilometer begrenzt ist. Ein bundesweiter Forschungsverbund aus Wissenschaft und Industrie unter Federführung der Universität Bonn will dies nun ändern. Mit knapp 15 Millionen Euro vom Bundesforschungsministerium gefördert, möchten im Verbund Q.Link.X auch saarländische Physiker mit daran arbeiten, die Reichweite der Quantenkommunikation zu erweitern, indem sie einen sogenannten Quantenrepeater entwickeln. Dafür fließen in den kommenden drei Jahren rund 1,3 Millionen Euro aus dem Fördertopf an die Universität des Saarlandes.

Die maximale Datensicherheit und quasi nicht zu brechende Verschlüsselungstechnologien sind in Zeiten der fortschreitenden Digitalisierung der Heilige Gral. Staaten könnten mit absolut abhörsicherer Kommunikation Informationen austauschen und speichern. Unternehmen könnten ohne Angst vor Wirtschaftsspionage miteinander kommunizieren, und Privatleute müssten keine Befürchtungen mehr vor kommerziell getriebener oder staatlicher Willkür und Überwachung haben, wenn sie übers Internet miteinander in Verbindung treten.

Bisher ist diese Vision allerdings unerfüllt geblieben. Die Lösung könnte die Verschlüsselung mit quantenphysikalischen Methoden sein. Denn dadurch, dass Teilchen, zum Beispiel Lichtteilchen (Photonen), im Quantenzustand miteinander „verschränkt“ sind, also der Zustand des einen Teilchens vom Zustand des anderen Teilchens abhängt, zerstört sich sofort der Quantenzustand, wenn auch nur ein einziges Teilchen gestört bzw. verändert wird. Für den Angreifer würde das bedeuten, dass jeder noch so ausgefeilte Abhörversuch entdeckt werden würde.

Theoretisch ist eine solche Quantenverschlüsselung durchaus denkbar. Sie stößt jedoch an technische Grenzen. Denn bei der Kommunikation mit konventionellen Glasfasern, wie sie heute für den Internet-Ausbau verwendet werden, ist die Reichweite begrenzt. Bei der Übertragung der Quanteninformation mit Lichtteilchen (Photonen) kommt es zu unvermeidbaren Leitungsverlusten, wodurch die Übertragungsstrecken bisher auf unter 100 Kilometer begrenzt werden.

Ein Konsortium aus 24 Partnern aus Wissenschaft und Industrie, an dem auch die Universität des Saarlandes beteiligt ist, hat sich nun der Entwicklung eines sogenannten Quantenrepeaters verschrieben. Genau wie ein Repeater im heimischen WLAN die Reichweite vergrößern kann, soll der Quantenrepeater für geringere Leistungsverluste bei der Quantenkommunikation sorgen. Herkömmliche Repeater und Verstärker zerstören die Quanteneigenschaften der Signale und können nicht für die Quantenkommunikation verwendet werden. „An bestimmten Stellen innerhalb eines solchen Quantennetzwerkes eingesetzt, könnte ein Quantenrepeater also für deutlich mehr Reichweite als die bisher limitierenden 100 Kilometer sorgen“, erklärt Jürgen Eschner. Der Professor für Experimentalphysik mit Spezialgebiet Quantenphotonik ist gemeinsam mit seinem Kollegen Christoph Becher (Spezialgebiet Quantenoptik) vonseiten der Universität des Saarlandes am dreijährigen Verbundprojekt Q.Link.X „Quanten-Link-Erweiterung“ beteiligt.

In Q.Link.X werden erstmals nicht nur einzelne Komponenten eines Quantenrepeaters erforscht und entwickelt, sondern komplette Kommunikationsstrecken. Die enge Einbindung industrieller Partner und Berater wird die Realisierbarkeit aus industrieller und ingenieurstechnischer Sicht wesentlich erleichtern.

Im Q.Link.X-Verbund haben sich 24 Partner aus Forschungseinrichtungen von Universitäten bis zu Industrielabors gefunden, um die Schlüsseltechnologie der Quantenrepeater zu erforschen. Das Bundesministeriums für Bildung und Forschung fördert das Projekt über drei Jahre mit insgesamt 14,8 Millionen Euro. Die Forscher an der Universität des Saarlandes erhalten davon knapp 1,3 Millionen Euro.

 

Folgende Partner sind an dem Projekt beteiligt: Rheinische Friedrich- Wilhelms-Universität Bonn, Technische Universität München, Technische Universität Dortmund, HighFinesse Laser and Electronic Systems GmbH, Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut Berlin, Technische Universität Berlin, Universität Stuttgart, Universität Paderborn, Universität des Saarlandes, Freie Universität Berlin, Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Ruhr-Universität Bochum, Swabian Instruments GmbH, Leibniz Universität Hannover, Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching), Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Universität Bremen, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Universität Ulm, Humboldt-Universität zu Berlin, Universität Kassel, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Karlsruher Institut für Technologie und Ludwig-Maximilians-Universität München.

 

Weitere Informationen erteilen:

Prof. Dr. Jürgen Eschner    
Tel.: (0681) 30258016
E-Mail: juergen.eschner(at)physik.uni-saarland.de

Prof. Dr. Christoph Becher
Tel.: (0681) 3022466
E-Mail: christoph.becher(at)physik.uni-saarland.de 

Hier gelangen Sie zur Pressemitteilung der Universität Bonn.