Die Europäische Kommission hat das Quanteninternet als einen strategischen Bereich ausgemacht, in den zukünftig investiert werden soll. In diesem Zug hat sich die TU Dresden im Oktober der Quantum Internet Alliance (QIA) angeschlossen. Das gemeinsame Ziel der QIA ist es, ein Quanteninternet zu bilden, das die Quantenkommunikation zwischen zwei beliebigen Punkten auf der Welt ermöglicht, unabhängig von der uns bekannten „Netzauslastung“.
Die TUD wird im Verbundprojekt von Prof. Frank H. P. Fitzek und Asst.-Prof. Riccardo Bassoli von der Deutsche Telekom Professur für Kommunikationsnetze vertreten. Sie forschen mit 40 Partnern aus Wissenschaft und Industrie am Prototyp eines innovativen europäischen Quanteninternets. Für die beiden Forscher geht es vornehmlich darum, wie mit Quantentechnologie künftige Telekommunikationsnetze verbessert werden können. Beim Quanteninternet werden Quantencomputer miteinander vernetzt. Sie funktionieren nicht mit Nullen und Einsen, sondern mit Qubits, die viele Zustände gleichzeitig annehmen können und an physikalische Materie- oder Lichtteilchen andocken. Quantensysteme können mehr Informationen tragen als klassische Systeme, denn sie kodieren Informationen zwischen den einzelnen Bestandteilen und nicht in ihnen. Ziel der Forschung ist es seit Jahren, diese fragilen Qubits zu stabilisieren und mehrere von ihnen zu vernetzen.
Abhörsichere Kommunikation über das Quanteninternet
Was mit Quantenbits schon früher erreicht werden kann, ist die Übertragung absolut abhörsicher Informationen. Auf Basis der Quantenphysik ist es möglich, jedes Abgreifen in der Leitung sicher zu bemerken. Grund dafür ist das Phänomen der Quantenverschränkung: Zwei Qubits sind untrennbar miteinander verbunden, selbst wenn sie kilometerweit voneinander entfernt sind. Wie bei Teleportation lassen sich zwischen ihnen Informationen austauschen: Der Zustand des ersten Lichtteilchens taucht auf dem zweiten weit entfernten Photon wieder auf. Die Verschränkung zweier Qubits kann nicht geteilt werden, sodass diese als eine private Verbindung aufgefasst werden kann. Dieses Prinzip macht sich die Quantenkryptographie zunutze, um Informationen so zu verschlüsseln, dass sie sicher und privat übertragen werden können.
Quanteninternet als Wegbereiter zur europäischen digitalen Souveränität
Quantenkryptografiesysteme werden heute bereits genutzt, um z.B. Verschlüsselungscodes von Banken und Regierungen zu übertragen. Aktuell gelingt das über Abstände von ca. 70 bis 80 Kilometern. Das Quanteninternet soll die mögliche Entfernung quantenverschlüsselter Informationen vergrößern, wodurch die Errichtung eines Quantennetzwerks möglich sein wird. China ist beim Aufbau eines solchen Netzwerks Vorreiter, weshalb die EU hier Aufholbedarf sieht und eine Investitionsoffensive gestartet hat. Im Oktober 2022 startete die QIA ihr siebenjähriges Projekt zum Aufbau eines Quanteninternets in Europa. Die Allianz ist Teil des Quanten-Flaggschiff-Projekts, eines milliardenschweren Forschungsprojekts, mit dem die EU-Kommission Europas Forscher:innen und Unternehmen unterstützen will, um ein digital souveränes Europa zu schaffen. In den letzten Jahren hat QIA die Grundlagen für die Verwirklichung ihres Prototyps geschaffen. Dazu gehören das erste Multiprozessor-Quantennetzwerk im Labor, der erste Quantensoftware- und Netzwerk-Stack sowie ein hochmodernes Quanten-Repeater-System, mit dem in Zukunft Quantenkommunikation über große Entfernungen möglich sein wird.
Rolle der TU Dresden in der Quanten Internet Alliance
Prof. Frank H. P. Fitzek und Asst.-Prof. Riccardo Bassoli befassen sich mit der Definition und Charakterisierung von Anwendungsfällen für das Quanteninternet. Anwendungen zu identifizieren mit einer Technologie, die sozusagen noch nicht existiert, ist eine spezielle Problematik. Dies gleicht in etwa dem Versuch, vor der Geburt des klassischen Internets Ende der 60er Jahre Anwendungen wie E-Mail oder Onlinebanking zu entwickeln. Außerdem beschäftigt sich ihre Arbeit mit der Identifizierung der Leistungsmetriken, die von Quantenkommunikationstechnologien benötigt werden, um 5G und zukünftige 6G-Anwendungsfälle zu unterstützen. Dabei steht eine nahtlose Integration zwischen künftigen 6G-Netzen und Quantenkommunikationstechnologien im Vordergrund.
Die Quantum Internet Alliance
Die 2017 von den europäischen Marktführern QuTech, ICFO, der Universität Innsbruck und dem Pariser Zentrum für Quanteninformatik gegründete European Quantum Internet Alliance ist ein Team aus akademischen Einrichtungen, Telekommunikationsbetreibern, Systemintegratoren und Quantentech-Startups aus ganz Europa. Gefördert wird die QIA u.a. vom EU Horizon 2020 Research and Innovation Programm. In ihrer ersten Projektphase über 3,5 Jahre steht QIA ein Gesamtbudget von 24 Millionen Euro zur Verfügung.
Kontakt:
Prof. Frank H. P. Fitzek
Deutsche Telekom Professur für Kommunikationsnetze
E-Mail: frank.fitzek@tu-dresden.de
Assist.-Prof. Riccardo Bassolli
Deutsche Telekom Professur für Kommunikationsnetze
riccardo.bassoli@tu-dresden.de
Webseite: http://quantum-internet.team