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Testlabor bewertet Sicherheit von QKD-Protokollen

Diese Lücke möchte die TÜV Informationstechnik GmbH (TÜVIT) schließen, wie Dr. Natalie Jung in ihrem Vortrag berichtete. Gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie entwickelt die TÜVIT sowohl ein Testlabor, in dem sich die Sicherheit von QKD-Protokollen bewerten lässt, als auch ein umfassendes Zertifizierungssystem. Jung erklärte, welche Bedrohungen für die Implementierung von QKD-Systemen bestehen, und nannte die wesentlichen Komponenten, die für ein vollständiges Zertifizierungsframework erforderlich sind.

Einen Einblick in die Herstellerseite von QKD-Systemen bekamen die Besucherinnen und Besucher im Vortrag von Dr. Alessandro Zannotti von der Quantum Optics Jena GmbH. Das Unternehmen entwickelt Quantenschlüssel-Verteilungssysteme, die auf verschränkten Photonenquellen basieren. Eingesetzt werden diese laut Zannotti unter anderem im MuQuaNet Campus Network, das 2025 erstmals realisiert wurde und noch im Laufe des Jahres 2026 in den kontinuierlichen Betrieb überführt werden soll.

Derzeit sind die Kosten für QKD-Systeme noch sehr hoch. „Zwar gibt es weltweit über 50 Firmen, die QKD-Systeme anbieten“, sagte Dr.-Ing. René Kirrbach vom Fraunhofer IPMS in seinem Vortrag, „doch sind die Devices mit über 100.000 Euro für einen einzelnen Link nach wie vor äußerst teuer.“ Auch die Reichweite sei begrenzt, sie läge typischerweise bei maximal 150 Kilometern. Die Forscherinnen und Forscher vom Fraunhofer IPMS arbeiten daher an hoch skalierbaren, kosteneffizienten QKD-Systemen. Einen möglichen Ansatz sieht Kirrbach in photonischen integrierten Schaltkreisen sowie in Ansätzen, die diskrete Quantenzustände nutzen.

Fachkongress mit Forum „Quantum for Defence & Space”

Die sichere Übertragung von Daten steht auch im Bereich Defence & Space im Vordergrund – wie am zweiten Messetag im gleichnamigen Forum deutlich wurde. Sollen Daten global über quantenmechanische Prozesse verschlüsselt werden, ist jedoch ein satellitengestütztes Netzwerk erforderlich, über das die Schlüssel ausgetauscht werden können.
Europas erste Initiative für ein Satelliten-QKD-System, das die nationalen Anstrengungen via Satellit miteinander koppeln soll, ist die Eagle-1-Mission. Den Launch plant die ESA für Ende 2026. 

Nun sind für solche Weltraummissionen nicht nur die Satelliten nötig, die Laserlicht hocheffizient zur Erde übertragen können, sondern auch Bodenstationen, um die Schlüssel in ein Glasfasernetz und schließlich zum Endnutzer weiterzuleiten, wie Dr. Matthias Goy vom Fraunhofer IOF bei seinem Vortrag betonte. Eine davon ist die Optische Bodenstation Jena, kurz OGS Jena die auf einem Teleskop mit einer 80 Zentimeter großen Öffnung basiert.

Dr. Seid Koudia von der Universität Luxemburg nahm in seiner Präsentation ebenfalls Bezug auf das Projekt TransEuroOGS. Welche Quantenspeicher und weiteren Technologien eignen sich für den Weltraum? „Wir testen derzeit, was für den Low Earth Orbit LEO optimal ist – eine Kooperation wie in TransEuroOGS ist dabei unerlässlich“, sagte Koudia. Ein globales Netzwerk von Mini-Satelliten will das Team des Projekts QYRO im niedrigen Erdorbit LEO aufbauen, wie Dr. Lara Torralbo-Campo von der Arda Atomics GmbH berichtete.

Quantentechnologie: Kick-Off-Präsentation des DFG-Projekts „3D-NLM“

Ein Highlight des zweiten Messetages war die Kick-Off-Präsentation des Projekts 3D-NLM, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG finanziert wird. Das Ziel des Thüringer Projekts liegt in der Entwicklung einer Anlage, die photonische Bauteile hochpräzise nanostrukturieren und vermessen kann. Beteiligt sind die TU Ilmenau, die Friedrich-Schiller-Universität Jena und das Fraunhofer IOF. Die geplante Anlage soll den Bearbeitungsbereich für hochpräzise Nanostrukturen auf photonischen Bauteilen von rund 30 Zentimetern auf bis zu einen Meter erweitern.

Die Anforderungen an das System sind hoch, wie Dr. Thomas Kissinger von der TU Ilmenau erläuterte. So soll die Anlage Werkstücke strukturieren können, die 1 x 1 x 0,2 Meter groß und weitaus schwerer als hundert Kilogramm sind. Die Strukturierung soll nicht nur präzise aufgebracht, sondern auch überprüft und fortlaufend in-situ kalibriert werden können. Die technische Basis dafür legen Forscherinnen und Forscher in Ilmenau und Jena.

Fachkongres mit Forum „Quantum for Instrumentation & Measurement”

Im Forum „Quantum for Instrumentation & Measurement“ die Möglichkeiten von Quantensensoren vorgestellt. Prof. Dr. Ronny Stolz vom Leibniz Institut für Photonische Technologien gab einen Überblick über supraleitende Einzelphotonendetektoren. „Diese führen uns zu den fundamentalen Grenzen der Informationsgewinnung aus der physischen Welt“, gab Stolz zu bedenken. Die Frage, der er und sein Team sich widmen: Wann, wo und in welchem Zustand kommt das Photon an? Um sie zu beantworten, nutzt er Quanteneigenschaften wie Verschränkung und Superposition. Gebraucht werden Einzelphotonendetektoren in zahlreichen Bereichen, etwa in der Astrophysik und der Quantenkommunikation.

Wo die Quantenmagnetometer derzeit stehen – die quantenmechanische Prinzipien nutzen, um sehr schwache magnetische Felder zu detektieren und zu messen – erörtete Matthias Meyer von der Supracon AG in seinem Talk. Dabei stellte er vier Arten von quantenmechanischen Magnetometern vor. So etwa das Protonen-Präzessions-Magnetometer, das mit Robustheit, Verlässigkeit und einem günstigen Preis punktet. Mit diesem ließen sich eisenhaltige Materialien im Boden aufspüren, Grundwasser detektieren oder archäologische Stätten untersuchen. 

Das Stickstoff-Fehlstellen-Magnetometer dagegen habe eine hohe räumliche Auflösung von bis zu unter einem Mikrometer, sei kompakt und robust und könne künftig in der Flugzeugnavigation eine Alternative zum GPS bieten. Mit dem optisch gepumpten Magnetometer ließen sich Hirnsignale messen, etwa zur Hirnfunktionsdiagnose, und mit SQUIDs – kurz für supraleitende Quanteninterferenzdetektoren –Kupfer- und Nickelvorkommen im Boden lokalisieren.

Einen besonderen Quantensensor stellte Prof. Dr. Jan Meijer von der Universität Leipzig vor: „Wir haben uns gefragt: Könnte es nicht möglich sein, einen Quantensensor herzustellen, der den kostengünstigen Hall-Sensor schlägt?“, Gesagt, getan: Er und sein Team stellten künstlich Farbzentren her, die einen Diamanten rot färben und die lediglich aus ein oder zwei Atomen sowie einem Defekt bestehen, und brachten diese auf eine optische Faser auf. Heraus kam ein Sensor, der eine absolute Messung des Magnetfeldes erlaubt statt nur die Messung relativer Änderungen. „2020 gründeten wir mit diesem Ansatz das Spin-off Quantum Technologies GmbH“, so Prof. Dr. Meijer. Der Sensor könne beispielsweise direkt im E-Motor messen, arbeite schneller als ein Hall-Sensor und eigne sich auch für kritische Infrastrukturen.