Sicherere Kommunikation durch Quantentechnologie

„Das abschließende Schlüsselexperiment der QuNET-Initiative wird lokale Netzwerke zur ‚Quantum Key Distribution‘ (QKD) bundesländerübergreifend zusammenschließen. Die Funktionalität der Netzwerke besteht in der Erzeugung und Verteilung kryptografischer Schlüssel, um eine hochgradig abhörsichere Kommunikation zu ermöglichen. Die Gesetze der Quantenphysik garantieren dabei prinzipiell eine absolute Sicherheit, die in realen Kommunikations- und Datenübertragungssystemen jedoch von den Details der technischen Implementierung abhängt – etwa von der verwendeten Hardware.“

„Die Zusammenschaltung der Netzwerke demonstriert, dass in Deutschland durch einen Zusammenschluss von Universitäten, Forschungsinstituten und Firmen fortschrittliche Technologien für quantengesicherte Kommunikation entwickelt wurden, die nun in echten Anwendungsumgebungen eingesetzt werden. Die Besonderheit der Demonstration besteht in der Verknüpfung unterschiedlicher lokaler Technologien und Übertragungsmedien wie Freistrahl-, Glasfaser und Satellitenübertragung. Außerdem besteht sie im Sicherheitsmanagement der gesamten Strecke – hier hat QuNET wegweisende Arbeit geleistet.“

„Die Sicherheit der Kommunikation und Datenübertragung ist derzeit hochgradig gefährdet. Dazu tragen unter anderem die Ausnutzung bislang unbekannter Sicherheitslücken durch künstliche Intelligenz, staatlich gesteuerte Hacking-Angriffe und die wachsende Bedrohung durch Quantencomputer bei. Die Bedrohung durch Quantencomputer besteht in der effizienten Entschlüsselung von heute eingesetzten kryptografischen Verfahren – die Quantencomputer werden dabei schnell leistungsfähiger und die eingesetzten Quantenalgorithmen zur Entschlüsselung immer effizienter. An dieser Stelle kann Quantenverschlüsselung – oder präziser: die sichere Verteilung von Schlüsseln zwischen Kommunikationspartnern – einen Mehrwert bieten. Denn Angriffsversuche auf die Schlüsselverteilung können entdeckt werden und mit Quantenschlüsseln verschlüsselte Daten sind gegenüber Angriffen eines Quantencomputers immun.“

„Die prinzipiell absolute Sicherheit stößt jedoch an technologische Grenzen: Die Implementierung von QKD ist angreifbar. Viele internationale Sicherheitsbehörden stehen ihrem Einsatz skeptisch gegenüber, da bisher Sicherheitsbeweise fehlen – also mathematische Modellierungen der konkret eingesetzten Hardware. Auch wenn sich diese Situation gerade durch die Veröffentlichung erster Sicherheitsbeweise ändert, wird oft eine Kombination von QKD mit sogenannten Post-Quantum-Kryptografie-Verfahren (PQC) empfohlen. PQC setzt dabei komplexe Verschlüsselungsverfahren ein, die Angriffen durch Quantencomputer möglichst lange standhalten sollen.“

„Quantenkommunikation stellt, in Kombination mit weiteren Verfahren, einen wichtigen Baustein der IT-Sicherheit dar. Erste Einsatzgebiete sind die Übertragung vertraulicher Daten, etwa zwischen Behörden, Gesundheits- oder Datenzentren, und die Kommunikation zwischen Einrichtungen der kritischen Infrastruktur.“

„Die Bezeichnung ‚Quanteninternet‘ weckt unrealistische Erwartungen. Das ‚Internet‘ ist heute ein Synonym für eine umfassende Bereitstellung von Informationen, Daten und Dienstleistungen. Diese enorme Bedeutung für die Alltagswelt der Menschen wird ein ‚Quanteninternet‘ meiner Meinung nach nicht erreichen können. In einer fortgeschrittenen Realisierung werden Quantennetzwerke jedoch neben hochgradig abhörsicherer Kommunikation auch Quantencomputer miteinander vernetzen, um ihre Rechenleistung exponentiell zu steigern und Sensoren und Messinstrumente zu bisher nicht erreichter Präzision zusammenschalten. Diese Quantennetzwerke werden international erforscht, benötigen aber aufgrund der hochkomplexen Technologie noch einige Jahre zur Realisierung.“

„Die Demonstration des Schlüsselexperiments von QuNET ist auf der einen Seite State-of-the-Art in Bezug auf Grundlagenforschung. Der hier demonstrierte Netzwerktyp ist ein Netz vertrauenswürdiger Knoten (trusted node network). Das heißt, dass am Ende jeder Zwischenstrecke die Information nicht mehr quantenphysikalisch, sondern klassisch vorliegt – was prinzipiell eine Angriffsmöglichkeit darstellt. Hier müssen Sicherungsmaßnahmen für jeden einzelnen Netzwerkknoten vorgesehen werden, was technologisch machbar ist.“

„QKD-Netze mit vertrauenswürdigen Knoten werden weltweit aufgebaut. Die Pionierstrecke steht in China. Sie verbindet Shanghai und Peking plus eine Satellitenstrecke. Auch in Deutschland wurde im Rahmen des Projekts DemoQuanDT unter der Leitung der deutschen Telekom die Demonstrationsstrecke Berlin-Bonn zu Testzwecken eingerichtet.“

„Die Demonstration des Zusammenschlusses der lokalen Netzwerke ist dennoch wichtig, da verschiedene Implementierungen in realen Anwendungsumgebungen getestet werden müssen, um die technologischen Probleme und Herausforderungen zu identifizieren und zu lösen. Die Beherrschung dieser Technologie ist zudem ein wichtiger Beitrag zur technologischen Souveränität Deutschlands, was als wichtiges Ziel der Hightech Agenda Deutschland definiert ist.“

„Die Netzwerke, die bislang demonstriert wurden, sind noch keine Quantennetzwerke in dem Sinne, dass durchgehend von Ende zu Ende Quantenzustände wie Superpositionen oder Verschränkung übertragen werden können. Dies wäre jedoch notwendig, um Quantencomputer zu größeren Einheiten zu verknüpfen oder den Grad der Informationssicherheit weiter zu erhöhen. Für die Realisierung solcher fortgeschrittenen Quantennetzwerke sind sogenannte Quanten-Repeater erforderlich, die ebenso Gegenstand hochaktueller Forschung sind. In Deutschland etwa im Rahmen des Verbundvorhabens Quantenrepeater.Net (QR.N).“

„Aufseiten der Infrastruktur werden – trotz Erfolgen bei der Verwendung von existierender Telekommunikationsinfrastruktur – speziell ausgebaute Glasfasernetze benötigt. Das sind sogenannte dunkle Glasfasern, ohne Wiederholverstärker. Der Aufbau dieser speziellen Infrastruktur wird etwa im Rahmen der QTF-Initiative unter Federführung des Vereins zur Förderung eines Deutschen Forschungsnetzes (DFN) und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) vorangetrieben. Zum Teil existieren vorhandene Netze, die für die weitere Forschung und Entwicklung der Quantenkommunikationstechnologien ertüchtigt werden müssen.“

„In Deutschland fördert vor allem das BMFTR seit vielen Jahren die Forschung und Entwicklung von Technologien im Bereich der Quantenkommunikation: mit derzeit zwei großen Verbünden (QuNET und QR.N zur Erforschung von Quanten-Repeater-Technologien) und einem Dachprojekt Quantenkommunikation (OrQa) zur Vernetzung der Aktivitäten. Außerdem gibt es viele kleinere Verbünde.“

„Auf europäischer Ebene wird Quantenschlüsselverteilung – auch grenzüberschreitend! – über das EuroQCI-Programm gefördert. Die nächste Generation von Quantennetzwerken wird maßgeblich durch die Quantum Internet Alliance (QIA) und die Quantum Internet Initiative vorangetrieben.“

„Deutschland und Europa befinden sich bei dieser Technologie mit im Führungsfeld. Es ist jedoch eine weitere staatliche Förderung notwendig, damit es auch dabei bleibt. Aktuell werden im Umfeld der Quantenkommunikation eine Reihe von Start-ups gegründet, die einer Unterstützung bedürfen, da sich der zugehörige Markt noch im Aufbau befindet – Stichwort: Staat als Ankerkunde.“

„Der Aufbau von Quantennetzwerken, die über das Laborformat hinausgehen, ist ein recht neuer Schritt in der Entwicklung abhörsicherer Kommunikation. Es gibt vor allem in China und in Südkorea zwar bereits große Netzwerke, aber die europäischen Länder laufen der Entwicklung zurzeit hinterher. Die Zusammenschaltung der Netzwerke aus Bayern, Thüringen und Berlin ist somit sehr wichtig – nicht nur für Deutschland, sondern auch als Teil einer zukünftigen europäischen Quantenkommunikationsinfrastruktur.“

„Die Zusammenfügung der Netzwerke in Berlin, Thüringen und Bayern ist ein ausgezeichneter Schritt, und der Aufbau der europäischen Quantenkommunikationsinfrastruktur ebenfalls. Was ich bedauere, ist, dass die Schweiz nicht eingegliedert ist. Aber das ist ein anderes Thema.“

„Derzeit verfügbare Quantenkryptografie-Systeme erlauben sichere Kommunikation über etwa 100 Kilometer mittels optischer Fasern – die gleichen Fasern, die auch das Internet benutzt. Die genaue Distanz hängt von dem benutzten Quantenkryptografie-Protokoll, den Einzelphotonendetektoren sowie der gewünschten Schlüsselrate ab und kann somit gewaltig streuen. Im Zusammenhang mit möglichen Anwendungen ist aber vor allem wichtig, dass die Distanz limitiert ist und man nicht in ‚einem Rutsch‘ vom Allgäu bis nach Flensburg kommt.“

„Die derzeitige Lösung für größere Distanzen ist, einzelne Systeme für Quantum Key Distribution (QKD) aneinanderzuknüpfen. QKD-gesicherte Kommunikation ist dann von einem Knotenpunkt zum Nächsten möglich. In den Knotenpunkten ist die Nachricht allerdings nur durch klassische Kryptografie-Verfahren geschützt. Wir sprechen im Englischen daher von ‚trusted nodes‘ – Knotenpunkten, denen man vertrauen muss.“

„Diese Art und Weise, große Netzwerke zu bilden, ist für manche Anwendungen nicht besser als rein klassische Verschlüsselungsmethoden. Ich denke da zum Beispiel an Kommunikation zwischen Regierungssitzen und Konsulaten in entfernten Ländern. Ich kann mir aber gut vorstellen, dass diese Netzwerke Anwendern, die eng genug beieinanderliegen, bereits viele Anwendungen ermöglichen – etwa Banken, Krankenhäuser oder Versicherungen.“

„Die größten Hürden sind zurzeit: Erstens, die Einschränkung von Anwendungen durch ‚trusted nodes‘. Zurzeit wird dieser Makel durch zusätzliche klassische Kryptografie adressiert. Es gibt aber bereits Forschung an Quantenverstärkern (Quanten-Repeater), die im Prinzip QKD über beliebig große Distanzen ohne solche Knotenpunkte ermöglichen. Die einzelnen Bauteile gibt es bereits, es wird aber noch einige Jahre dauern, bis man einen funktionierenden Quantenverstärker kaufen und in Quantennetzwerken betreiben kann.“

„Zweitens, die Einigung auf Standards und die Entwicklung von Zertifizierung. Es gibt Fortschritt, aber mehr ist nötig, um QKD in naher Zukunft breit nutzen zu können. Drittens, die Kosten von QKD-Systemen. Aber ich bin sicher, dass dieses Problem mit der Entwicklung des QKD-Marktes weitgehend verschwindet und QKD-Systeme wesentlich billiger werden. Wie auch bei anderen Technologien wird Konkurrenz und die Anfrage nach großen Stückzahlen den Preis drücken.“

„Herkömmliche Kryptografie beruht auf der Annahme, dass die mathematischen Operationen, die ein Lauscher ausführen muss, um eine Nachricht zu entschlüsseln, sehr lange dauern. Das kann man aber nicht beweisen. Wir wissen aber, dass diese Operationen von einem ausreichend großen Quantencomputer effizient – das heißt schnell – durchgeführt werden können. Zwar gibt es einen solchen Rechner heute noch nicht, ich würde mich aber nicht wundern, wenn er in den nächsten 10 bis 15 Jahren gebaut wird. Zusätzlich gibt es die Möglichkeit, dass klassische Rechner die heutigen Verschlüsselungsverfahren brechen. Die Frage, ob man sich über die rasante Entwicklung der künstlichen Intelligenz in diesem Zusammenhang Sorgen machen sollte, lasse ich mal im Raum stehen.“

„Die Quantenkryptografie beruht auf physikalischen Grundlagen, den quantenmechanischen Naturgesetzen. Vorausgesetzt, die Kryptografie-Systeme arbeiten den Vorgaben entsprechend, sind sie weder durch Quantencomputer noch durch bessere klassische Rechner knackbar. Aber der Aufbau von Quantenkryptografie-Netzwerken ist teuer. Die Privatindustrie ist zurzeit leider kaum bereit, das dazu benötigte Budget zur Verfügung zu stellen. Der Ansatz, Forschungsnetzwerke zu verbinden und hoffentlich in Zukunft privaten Anwendern zur Verfügung zu stellen, ist für mich genau der richtige.“

„Ich denke, dass ein weltumspannendes Quantenkommunikations-Netzwerk sinnvoll ist. Kommunikation ist weltweit, und deren Sicherheit somit auch.“

„Ich weiß natürlich nicht, wer heute bereits was entschlüsseln kann. Aber das ist vielleicht gar nicht das Wichtigste. Genauso wichtig ist es, zu realisieren, dass verschlüsselte Nachrichten heute gespeichert werden können, um sie in ein paar Jahren zu entschlüsseln – wenn sowohl bessere Quantencomputer als auch klassische Computer existieren. Je nach Nachricht kann das zu früh sein! Man muss sich also bereits jetzt Gedanken machen, ob die Verschlüsselung, die heute genutzt wird, auch in Zukunft genügend Datensicherheit gewährleistet.“

„Erstmals demonstriert die QuNET-Initiative den Zusammenschluss der drei regionalen Netzwerke aus Bayern, Thüringen und Berlin. Das stellt einen wichtigen Schritt vom Labor in die Praxis und ein Modell für eine künftige deutsche Infrastruktur der Quantenkommunikation dar. Es ist aber noch ein Forschungs- und kein kommerzielles Netzwerk – und auch noch kein Quanteninternet, welches Quantencomputer miteinander verbindet.“

„Erste Anwendungen sind besonders geschützte Verbindungen. Etwa für Behörden und kritische Infrastruktur – wie die quantengesicherte Videokonferenz, die 2021 zwischen dem BSI und dem Bundesforschungsministerium realisiert wurde. Denkbar ist außerdem, Behördennetze abzusichern oder Rechenzentren miteinander zu vernetzen.“

„Die Sicherheit heutiger Verschlüsselung beruht auf der Annahme, dass bestimmte mathematische Probleme schwer zu lösen sind – bewiesen ist das nicht. Aktuell lassen sich gängige Verfahren noch nicht knacken, allerdings könnte ein ausreichend leistungsstarker Quantencomputer das künftig tun. Daten, die jemand schon jetzt mitschneidet, ließen sich dann nachträglich entschlüsseln.“

„Deshalb bereiten Europa und Deutschland bereits jetzt den Umstieg auf Post-Quanten-Kryptografie vor, also auf neue Verfahren, die Quantencomputern standhalten sollen: Hochrisikobereiche sollen bis Ende 2030 umgestellt sein, der Rest weitgehend bis 2035 [1]. Allerdings beruhen auch die Post-Quanten-Verfahren auf unbewiesenen Annahmen und künstliche Intelligenz könnte künftig Schwachstellen in ihnen finden. Ob und wann das passiert, kann niemand sagen. Ich halte es aber für klug, diese Möglichkeit von Anfang an mitzudenken und Verfahren so einzusetzen, dass sie sich später austauschen lassen.“

„Quantenkommunikation hat inzwischen die Labore verlassen. Sie ist an einem Punkt, an dem kommerzielle Produkte verfügbar sind und Initiativen wie QuNET groß angelegte Feldversuche durchführen. Sie kann eine Sicherheit bieten, die – im Gegensatz zu herkömmlicher Verschlüsselung – nicht von der Rechenleistung eines Angreifers abhängt – künftige Quantencomputer eingeschlossen. Das gilt allerdings nur, wenn die Geräte in der Praxis so arbeiten, wie die theoretische Sicherheitsanalyse es annimmt. Genau deshalb halte ich große Feldversuche wie diesen für unverzichtbar. Denn sie decken Schwachstellen auf, die in der Theorie oder im Labor unentdeckt bleiben.“

„Für die Quantenschlüsselverteilung hat das BSI gemeinsam mit der europäischen Standardisierungsorganisation ETSI außerdem bereits Prüfkriterien erarbeiten lassen, nach denen sich solche Geräte künftig zertifizieren lassen [2].“

„Kommunikation über weite Strecken ist aktuell noch eine Herausforderung. Denn die Lichtteilchen, die die Information tragen, gehen in Glasfaserkabeln leicht verloren. Herkömmliche Netzwerke gleichen solche Verluste durch Signalverstärker aus, sogenannte Repeater. Doch Quantensysteme wie Lichtteilchen lassen sich nicht einfach so verstärken. Dafür braucht man Quanten-Repeater, die noch in der Entwicklung sind, weil sie zuverlässige Quantenspeicher voraussetzen. Bis dahin behilft man sich bei großen Entfernungen meist mit Zwischenstationen, denen man vertrauen muss und die damit ein zusätzliches Sicherheitsrisiko darstellen. Für sehr große Entfernungen kommen zusätzlich Satelliten infrage. Hinzu kommen hohe Kosten und eine schwierige Einbindung in bestehende Telekommunikationsnetze.“

„Quantenkommunikation ist vor allem dort sinnvoll, wo Daten über lange Zeit streng vertraulich bleiben müssen, etwa bei Behörden, im Gesundheitswesen oder bei kritischer Infrastruktur. Ein weltumspannendes Quanteninternet halte ich weder für realistisch noch für nötig: Wie viel Sicherheit sich eine Partei leisten will, hängt im Endeffekt stark von der Anwendung ab.“

„Für das Deutsche Quantenökosystem und uns als Wissenschaftler:innen bedeutet die QuNET-Demonstration, dass wir die Quantentechnologien, die wir seit Jahren überaus erfolgreich in unseren Laboren entwickeln, endlich auch zunehmend unter realen Testbedingungen validieren und somit weiterentwickeln können. Andere Länder und Kontinente sind hier einen Schritt weiter. Quantennetzwerke mit vertrauenswürdigen Knoten, sogenannten Trusted Nodes, erstrecken sich in China bereits über Hunderte bis Tausende Kilometer. Und auch in den USA gab es zuletzt erhebliche Fortschritte im Großraum New York oder der California Bay Region.“

„‚Die Strecke‘ der Netze darf man sich nicht nur als eine Glasfaser von Nord nach Süd vorstellen. Vielmehr wurden in den vergangenen Jahren lokale, teils sternförmige Quantennetzwerke in den jeweiligen Bundesländern aufgebaut und getestet, die nun durch eine Nord-Süd-Verbindung ergänzt ein großskaliges Quantennetzwerk ergeben. In diesem kann vor allem die sichere Datenkommunikation basierend auf der sogenannten Quantenschlüsselverteilung unter realen Bedingungen weiter erforscht und erprobt werden. Die Quantenschlüsselverteilung ermöglicht es, einen absolut sicheren Schlüssel zwischen zwei Parteien zu etablieren oder auszutauschen, wobei die Sicherheit auf grundlegenden quantenphysikalischen Gesetzen beruht. Bei dieser Quantenschlüsselverteilung kann man feststellen, ob ein potenzieller Hacker Information abgezweigt hat und wenn ja, wie viel. Je nachdem kann man den erzeugten Schlüssel dann für die Datenkommunikation einsetzen oder ihn verwerfen.“

„Die meisten Abschnitte dieses Quantennetzwerks basieren noch auf Quantentechnologien der ersten Generation – so würde ich zumindest Systeme nennen, die auf probabilistischen Lichtquellen basieren. Mein Team war im Rahmen des Schlüsselexperimentes aber bereits an Experimenten sowohl in Berlin als auch Jena beteiligt, bei denen Quantentechnologien der zweiten Generation für die Quantenkommunikation zum Einsatz kommen. In unserem Teilforschungsprojekt innerhalb der QuNET-Initiative forschen wir am Einsatz deterministischer Quantenemitter. Die entsprechenden Sendeeinheiten beruhen hier nicht mehr auf Lasern, wie in der klassischen Telekommunikation, sondern auf inhärent quantenmechanisch zu beschreibenden Objekten, sogenannten Quantenpunkten. Sie verhalten sich ähnlich, wie isolierte, natürliche Atome, können aber in komplexe Halbleiterbauelemente eingebettet werden.“

„Zu den Nachteilen zählen aktuell noch vergleichsweise geringe Datenraten und sehr hohe Kosten, relativ zu etablierten klassischen Verfahren. Aber der absolut grundlegende Unterschied zu klassischen Verschlüsselungsmethoden ist – und dieser rechtfertigt aus unserer Sicht der Forschenden die zuvor genannten Nachteile –, dass die Sicherheit dieser Quantensysteme eben auf unumstößlichen Naturgesetzen und nicht Annahmen hinsichtlich rechnerischer Komplexität beruht. Klassische Verschlüsselungsverfahren beruhen auf der Annahme, dass ein potenzieller Angreifer nicht genügend Rechenleistung hat, um Daten effizient zu entschlüsseln. Offensichtlich wird das zum Problem, wenn die Rechenleistung von Computern immer weiter zunimmt und dies schließt Quantencomputer ein, die gerade erstmals realisiert werden.“

„Zunächst werden die hier entwickelten Quantentechnologien sicherlich mehr oder weniger ausschließlich im Kontext von Hochsicherheitsanwendungen industrieller, behördlicher und staatlicher Akteure genutzt oder erprobt werden. Ich gehe jedoch fest davon aus, dass früher oder später auch die breite Bevölkerung, ob wissentlich oder nicht, zunehmend Quantenhardware auch bei der täglichen Kommunikation nutzen wird.“

„Ein weltumspannendes Quanteninternet ist genau die Idee, die unsere Forschung, aber auch die vieler anderer Gruppen auf der Welt, antreibt. Bis dahin ist es allerdings noch ein weiter Weg, gerade wenn es um eine Nutzung in der Breite der Bevölkerung geht. Dennoch wurden bereits grundlegende Bausteine wie die Quantenteleportation oder die Quantenschlüsselverteilung über Hunderte Kilometer via Satellit demonstriert.“

„Die Quantenschlüsselverteilung ist als eine der ersten Anwendungen der Quantenphysik schon weit vorangeschritten. Basierend auf Quantenhardware der ersten Generation gibt es bereits einige Firmen, die kommerzielle Produkte anbieten. Auch bei Quantenhardware der zweiten Generation gibt es schon Firmen, die einzelne Bausteine entwickeln und kommerziell vertreiben. Der Systemaspekt ist hier jedoch noch schwächer ausgeprägt. Daran arbeiten auch wir in meiner Forschungsgruppe.“

„Hürden in der Forschung sind insbesondere Verluste in den meist glasfasergebundenen Quantenkanälen. Anders als in der klassischen Datenkommunikation können im Quantenregime keine herkömmlichen Repeater eingesetzt werden. Deshalb forschen Wissenschaftler:innen weltweit an sogenannten Quantenrepeatern, welche die Kommunikation über im Prinzip beliebige Distanzen ermöglichen. Die Realisierung ist jedoch sehr herausfordernd und es müssen noch weitere Einzelbausteine wie zum Beispiel Quantenspeicher entwickelt und optimiert werden, um eine Quantenrepeater-Funktionalität unter realitätsnahen Bedingungen zu demonstrieren. Experimentell sind hier Systeme basierend auf einzelnen, gefangenen Atomen am weitesten.“

„Eine weitere Hürde betrifft die Skalierbarkeit. Trotz enormer Fortschritte ist es nach wie vor eine Herausforderung, viele Quantensysteme beziehungsweise Quantenlichtquellen exakt gleich herzustellen, was gerade für Quantentechnologien der zweiten Generation einen Entwicklungssprung bedeuten würde. Eine weitere Herausforderung betrifft die korrekte Implementierung der idealen, aber abstrakten Protokolle. Sobald reale Hardware, zum Beispiel Detektoren und (Quanten-)Lichtquellen, die nicht ideal funktionieren oder deren Eigenschaften nicht vollständig charakterisiert werden können, für die Implementierung eingesetzt werden, entstehen Sicherheitslücken – sogenannte Seitenkanäle, über die Angriffe stattfinden können. Daher forschen wir in unserer Gruppe auch an sogenannten bauteilunabhängigen Protokollen, die ein ultimatives Sicherheitsniveau ermöglichen, auch bei imperfekter Hardware. Bei der Implementierung von Quantentechnologien in existierende Glasfasernetzwerke muss zum einen die Standardisierung der Schnittstellen weiter vorangetrieben werden. Zum anderen ist die Koexistenz von klassischen und Quantensignalen ein sehr aktuelles Thema.“

„Bei der Infrastruktur wiederum muss der Zugang zu geeigneten Glasfaserverbindungen in der Breite weiter ausgebaut werden. Während das Thema ‚Fiber to the Home‘ für das klassische Internet in den vergangenen Jahren an Fahrt aufgenommen hat, streben auch wir Forschenden danach, unsere Quantentechnologien in und zwischen immer mehr Städten weiter erforschen und testen zu können. Akteure wie die Deutsche Telekom AG oder das Deutsche Forschungsnetzwerk sind hier wichtige Partner.“

„Die klassischen Verschlüsselungsprotokolle AES 128 und 256 werden weiterhin als sicher eingestuft, wenn sie korrekt implementiert werden. Mit klassischen (Super-)Computern würde es Milliarden von Jahren benötigen, um die Schlüssel zu knacken. Und Quantencomputer sind noch nicht weit genug entwickelt. Was man bei dieser Diskussion aber wissen sollte: Viele staatliche, aber sicherlich auch andere Akteure speichern Daten auf Vorrat, um sie dann gegebenenfalls in Zukunft zu entschlüsseln, wenn die dafür geeignete Technologie verfügbar ist – zum Beispiel ein leistungsfähiger Quantencomputer. Diese Gefahr des ‚save now, decrypt later‘ ist also bereits jetzt relevant, obwohl die Verschlüsselung aktuell noch als sicher gilt. In Deutschland und Europa werden deshalb schon jetzt auch neuartige Verschlüsselungsprotokolle erprobt und eingesetzt, die auch im Fall der Verfügbarkeit eines leistungsfähigen Quantencomputers mutmaßlich sicher sind – dieses Feld wird als Post-Quantenkryptografie bezeichnet.“