Quantenkommunikation
Worum geht es?
Bei der Quanten-Kommunikation ist eine erste konkrete Anwendung die Erzeugung und Verteilung von kryptographischen Schlüsseln um die Übertragung von Nachrichten abhörsicher zu verschlüsseln.
Diese Technologie wird „Quantenschlüsselverteilung“, bzw. engl. „Quantum Key Distribution, QKD“ bezeichnet. Dabei werden äußerst schwache optische Signale (wenige Photonen) über Glasfaser, oder über Sichtverbindungen zwischen Satelliten und zwischen Satelliten und Bodenstationen übertragen, um damit geheime Schlüssel (für die Verschlüsselung von Nachrichten) zu erzeugen. Hierbei wird das No-Cloning Prinzip ausgenützt, um zu garantieren, dass ein Abhörer entdeckt wird. Bei einer Variante von QKD wird auch das Prinzip der Verschränkung (Entanglement) verwendet um durch die Verschränkungseigenschaft von Photonen an verschiedenen Orten gleichzeitig kryptographische Schlüssel zu generieren. Durch QKD sind wir in der Lage, mathematisch beweisbar sichere Verschlüsselungssysteme zu bauen und somit die höchste Form der Sicherheit durch Verschlüsselung zu erreichen. Moderne Verschlüsselungssysteme (Post Quantum Encryption genannt) beruhen auf komplexen mathematischen Methoden, wo wir nur annehmen können, dass es keine Rechnerleistungen und Methoden gibt oder geben wird, um diese mathematischen Probleme zu lösen.
Ein zukünftiger Quantencomputer, welcher in der Lage ist solche Verschlüsselungssysteme zu knacken, stellt somit eine prinzipielle Bedrohung für unsere üblichen asymmetrischen Verschlüsselungsmethoden mit öffentlichen und privaten Schlüsseln dar.
Warum ist dieser Trend wichtig?
Derzeit gibt es in Europa im Zuge der Zielsetzung der strategischen Autonomie Europas im Digitalzeitalter eine neue Marktdynamik zu einer höheren Datensicherheit
Neue Möglichkeiten um Datenaustausch und Datenspeicherung abhörsicher zu machen
Neue Möglichkeiten für Komponentenbau im High-Tech Sektor „electronic based systems“
Das österreichische Ökosystem zu diesem Trend
Österreich hat im Bereich Quantenkommunikation durch Akteure wie Universität Wien, Universität Innsbruck, TU Wien, und vor allem auch dem AIT Austrian Institute of Technology international eine führende Rolle eingenommen. Die meisten der aktuellen großen Technologieinitiativen auf EU Ebene werden vom AIT organisiert und gesteuert
Derzeit keine Produkt- und Industrie-Aktivitäten in Österreich
Wo finde ich weiterführende Information?
Leopold H., Hübel H., Pacher Ch., Stierle M., Monyk Ch., Quantentechnologien – eine Einführung, AIT Austrian Institute of Technology Report, 3.8.2019.
AIT/BMVIT Studie, Mai 2018:
Quantentechnologie – Möglichkeiten zur stärkeren Industrialisierung
Weiterführende Informationen
QKD ECO-System: China, Japan und Österreich haben in den letzten Jahren entsprechende Anstrengungen unternommen um die QKD Verschlüsselungstechnologie in die Praxis umzusetzen [1]. In der Schweiz hat sich der Hersteller ID Quantique (IDQ) als Produktanbieter etabliert (Teil eines koreanischen Konzerns). In den USA gab es bis ca. 2006 Forschungsaktivitäten zu QKD, welche aber dann im internationalen Vergleich an Bedeutung verloren haben. USA fokussierte auf die Entwicklung der Quantencomputertechnologie.
Im Bereich der QKD Verschlüsselungstechnologien sind derzeit kommerzielle Produkte nur von asiatischen Herstellern erhältlich. Deshalb muss in Europa erst ein entsprechendes Hersteller-Eco-System von QKD Technologien etabliert werden. Weiters braucht es Applikationsentwicklungen und Standards um die neuen Verschlüsselungsmethoden in konkreten Anwendungen zu integrieren als auch eine internationale Standardisierung und Zertifizierung. Zusätzlich ist es notwendig Infrastrukturen zur Schlüsselverteilung aufzubauen; d.h. Glasfasernetze, Satelliten und Satellitenbodenstationen.
Europäische Leitinitiative QCI Quanten Communication Infrastructure: In Europa wurde im Kontext der Zielsetzung einer strategischen Autonomie Europas dazu ein neues Schwerpunktprogramm initiiert, welches die Technologieentwicklung bis hin zu Produktangeboten in Europa und Aufbau von Infrastrukturen zur Verteilung von Schlüsseln (Glasfaser und Satelliten) im Kontext neuer Prioritäten der nationalen Sicherheit der EU Staaten setzt [2]. Im EU Quantenflagship R&D Programm [3] werden aktuell Schlüsselbereiche dieser neuen Technologie entwickelt; wie z.B. Miniaturisierung on the Chip (Projekt Uniqorn), Einsatz in herkömmlichen Telekommunikationsnetzwerken (Projekt CiviQ), als auch die Weiterentwicklung zu einem Quanten-Internet [4].
Österreich nimmt in diesem Schlüsseltechnologiebereich durch AIT eine führende Rolle in der Technologieentwicklung ein.
Referenzen
- Leopold H., Hübel H., Pacher Ch., Stierle M., Monyk Ch., Quantentechnologien – eine Einführung, AIT Austrian Institute of Technology Report, 29.7.2019 und I4.0 Technologietrend: Quantentechnologien, 30.7.2019
- EU QCI Declaration, Juni 2019, https://ec.europa.eu/digital-single-market/en/news/future-quantum-eu-countries-plan-ultra-secure-communication-network
- EU Quanten Flagshipprogramm, https://qt.eu/
- EU Projekte: Unicorn http://unicorn-project.eu/, CiviQ https://civiquantum.eu/, QIA Quantum Internet Alliance http://quantum-internet.team/