Sichere Kommunikation ist ein Grundpfeiler freier Gesellschaften und essenziell für den verlässlichen Betrieb kritischer Infrastrukturen. Um diese zu gewährleisten, sind kryptografische Verfahren von zentraler Bedeutung. Durch die Entwicklungen im Quantencomputing können heute verwendete Verschlüsselungsverfahren potenziell in absehbarer Zeit entschlüsselt werden, weshalb dringend “quantensichere” Wege zur Verschlüsselung der Kommunikation benötigt werden. Die aufkommende Technologie der Quantenschlüsselverteilung (QKD), die physikalisch sichere Kommunikation auf Basis quantenmechanischer Prinzipien ermöglicht sowie Technologien die Quantenzustände über längere Distanzen transportieren bzw. austauschen können, werden unter dem Begriff Quantenkommunikation zusammengefasst. Dieser Bericht gibt einen Überblick über die Technologien und Technologiegenerationen der Quantenkommunikation, analysiert Entwicklungen im Bereich der Forschung, Industrialisierung, Testinfrastruktur und des Marktes und diskutiert die Relevanz von technologischer Souveränität in der Quantenkommunikation. …

Schlussfolgerungen

Die Technologien der Quantenkommunikation lassen sich in drei Generationen einteilen: QKD nach dem “Prepare & Measure”-Prinzip, QKD mittels verschränkter Photonen und Quantenrepeater mit Verschränkungsverteilung. QKD kommt dabei dem Bedarf nach “quantensicherer” Kommunikation nach und stellt eine Möglichkeit des physikalischen sicheren Austauschs von kryptografischen Schlüsseln für eine sichere Kommunikation dar. QKD könnte insbesondere im Hochsicherheitsbe- reich (z. B. Bundesbehörden, Regierungen, Finanzwesen, Militär) Anwendung finden. Verschiedene Ausführungen dieser Technologie sind bereits kommerziell erhältlich. Herausforderungen auf dem Weg zu einem breiten Einsatz sind jedoch noch ausstehende Sicherheitsbeweise, hohe Kosten für neue Hardware und fehlendes Wissen bei potenziellen Anwendern über die Gefahren des Quan- tencomputings für etablierte Verschlüsselungsverfahren und potenzielle Lösungen (wie z. B. QKD). Über QKD hinaus stellen Quantenrepeater eine wichtige Technologie dar. Zum einen um die Reich- weitenlimitation von QKD aufzulösen bzw. unabhängig von potenziell unsicheren “Trusted Nodes” zu werden und zum anderen um mittels Verschränkungsverteilung verteilte Quantensensorik zu ermöglichen und über längere Distanzen Quantencomputer miteinander zu verbinden. Letzteres könnte die Leistungsfähigkeit und Einsatzmöglichkeiten von Quantencomputern drastisch erhöhen.

Insgesamt ist in einigen Technologien (wie z. B. beim Quantenrepeater) noch einige Forschungs- und Entwicklungsarbeit nötig, um marktreife Produkte zu erhalten und die Potenziale der Quan- tenkommunikation voll ausnutzen zu können. Darüber hinaus müssen die Hindernisse zu einem breiten Einsatz auf dem Markt beseitigt werden, inkl. Sicherheitsbeweise, Zertifizierung und Zulas- sung. Dazu ist eine enge Zusammenarbeit verschiedener Akteure aus Wissenschaft, Wirtschaft und öffentlicher Akteure (Behörden, Politik) nötig. …

Quelle: Monitoring-Bericht 1 Quantenkommunikation

Weitere Informationen:

Quantenkommunikation: Wie entwickeln sich »quantensichere« Kommunikationstechnologien in Zukunft?

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