Drei Paderborner Wissenschaftler*innen beteiligt
Die Digitalisierung schreitet voran – gleichzeitig erfordert der zunehmende Austausch sensibler Daten mehr Sicherheit. Ein Kommunikationsnetz, das auf den Gesetzen der Quantenphysik beruht, bietet garantierten Schutz, indem es vollkommene Abhörsicherheit gewährleistet. Hier setzt das Verbundprojekt „Quantenrepeater.Link“ (QR.X) an, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für drei Jahre mit insgesamt rund 35 Millionen Euro gefördert wird. Dem Verbund gehören 43 Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft an. Die Expert*innen, darunter auch Wissenschaftler*innen der Universität Paderborn, verfolgen dabei eine der technologisch größten Herausforderungen mit Blick auf Datensicherheit: Die Entwicklung von sogenannten Quantenrepeatern und deren Integration in bestehende Glasfasernetze für die Kommunikation über lange Wegstrecken.
Prof. Dr. Dirk Reuter von der Universität Paderborn erklärt: „Unser Ziel ist perspektivisch die serienmäßige Produktion von Quantenrepeatern und damit der Aufbau von Quantenkommunikationsinfrastrukturen zur abhörsicheren Übertragung von Daten – ein Meilenstein für die technologische und digitale Souveränität Deutschlands und Europas.“ Quantenrepeater werden eingesetzt, um die Informationsübertragung zwischen Sender und Empfänger über lange Strecken zu verbessern. Dabei werden diese in kleinere Abschnitte unterteilt, über die Photonen, also Lichtteilchen, als Informationsträger transportiert werden. „Auf diese Weise ist der Photonenverlust deutlich geringer“, so Reuter. In den Repeatern werden Signale gespeichert, durch gewisse quantenspezifische Prozesse bearbeitet und anschließend versendet.
Reuter: „Ein Quantenrepeater soll mittelfristig die Limitierung der Quantenkommunikation auf eine direkte Punkt‐zu‐Punkt Verbindung über kurze Distanzen wie beispielsweise innerstädtische Verbindungen zwischen Behörden überwinden – und zwar durch eine Erhöhung der Entfernung. Das können etwa sichere Verbindungen von Rechenzentren in verschiedenen Städten sein. Auch Quantensicherheit als Telekommunikationsdienstleistung wird möglich. Denn die Repeater ermöglichen potenziell flexible Verbindungen zahlreicher Kunden mit quantensicherer Ende‐zu‐Ende Kommunikation. Zum anderen kann die Etablierung der nächsten Stufe des Quantenrechnens und der Quantensimulation vorangetrieben werden: Die Weiterentwicklung einer Quantenrepeater‐Technologie könnte somit eine Brücke zwischen verschiedenen Technologie‐Plattformen der Quantenkommunikation schlagen.“
Die Paderborner Physiker*innen Prof. Dr. Christine Silberhorn, Prof. Dr. Klaus Jöns und Prof. Dr. Dirk Reuter sind mit ihrem Teilprojekt „Festkörperbasierte Schlüsselbauelemente für die Quantenkommunikation“ an dem Vorhaben beteiligt. Gefördert wird die Forschungsarbeit der Universität Paderborn mit rund 800.000 Euro. Die Physiker*innen rechnen Ende 2023 mit ersten Ergebnissen.
