Aktuelles › BMBF För­der­be­kannt­ma­chung • Inno­va­tive Ver­fah­ren für Quantenkommunikationsnetze

25.03.2021
Bekanntmachung

1 Gegen­stand der Förderung

Die zuneh­mende Digi­ta­li­sie­rung vom Inter­net der Dinge bis hin zur Indus­trie 4.0 erfor­dert eine neue Qua­li­tät an ­Sicher­heit von Kom­mu­ni­ka­ti­ons­sys­te­men. Dies zeigt sich durch welt­weit stei­gende Zah­len an Cyber­an­grif­fen auf ent­spre­chende Netz­werke. Hinzu kom­men tech­ni­sche Fort­schritte bei der Ent­wick­lung von Quan­ten­com­pu­tern, die durch ihre spe­zi­el­len Eigen­schaf­ten die meis­ten der heute ein­ge­setz­ten Arten von Ver­schlüs­se­lung effi­zi­ent bre­chen kön­nen. Dadurch wird die Ver­wen­dung neu­ar­ti­ger Sicher­heits­tech­no­lo­gien wie Quan­ten­kom­mu­ni­ka­tion not­wen­dig, die intrinsi­sche – durch fun­da­men­tale phy­si­ka­li­sche Pro­zesse garan­tierte – Über­tra­gungs­si­cher­heit bie­tet. Eine Kon­se­quenz die­ser Über­tra­gung ist ein abhör­si­che­rer Daten­aus­tausch, der schon heute von hoher Bedeu­tung ist.

Mit der stei­gen­den Leis­tungs­fä­hig­keit und Anwen­dungs­taug­lich­keit von Quan­ten­com­pu­tern gewin­nen Quan­ten­kom­mu­ni­ka­ti­ons­netze zuneh­mend an Bedeu­tung. Sie sind dabei nicht nur zum Schutz vor Angrif­fen durch Quan­ten­com­pu­ter ent­schei­dend, son­dern könn­ten in Zukunft auch ein ver­teil­tes Quan­ten­rech­nen ermög­li­chen. Ver­gleich­bar mit aktu­el­len Super­com­pu­tern würde so eine neue Dimen­sion der Leis­tungs­fä­hig­keit von Quan­ten­com­pu­tern rea­li­siert wer­den. Hier­für ist ein effi­zi­en­tes Quan­ten­kom­mu­ni­ka­ti­ons­netz zwi­schen ein­zel­nen Quan­ten­com­pu­tern, ana­log zum klas­si­schen Inter­net, der ent­schei­dende Fak­tor. Auch in einem sol­chen Quan­ten­in­ter­net wer­den Geräte oder Kom­mu­ni­ka­ti­ons­ka­näle Ziele von Angrif­fen. Die Sicher­heit muss daher für ein sol­ches Sys­tem schon bei der Ent­wick­lung mit­be­dacht werden.

Die Art und Weise wie in der Quan­ten­kom­mu­ni­ka­tion Infor­ma­tion über­tra­gen wird, ist durch Quan­ten­kom­mu­ni­ka­ti­ons­pro­to­kolle gere­gelt. Diese bestim­men unter ande­rem die Methode der Erzeu­gung und Mes­sung von Quan­ten­in­for­ma­tion. Abhän­gig von bei­spiels­weise der Anwen­dung, Über­tra­gungs­art oder ‑distanz sind unter­schied­li­che Quan­ten­kom­mu­ni­ka­ti­ons­pro­to­kolle erfor­der­lich. Pro­to­koll­de­sign und phy­si­ka­lisch-tech­ni­sche Ent­wick­lun­gen müs­sen daher Hand in Hand gehen, sodass sie in rea­len Sze­na­rien ein­ge­setzt wer­den kön­nen. In Bezug auf die Ent­wick­lung sol­cher Pro­to­kolle erge­ben sich unter ande­rem Fra­gen nach der Sicher­heit der Über­tra­gung, nach der Res­sour­cen­ef­fi­zi­enz und dem Umgang mit bestehen­den Rand­be­din­gun­gen sowie nach der Ska­lier­bar­keit auf meh­rere Teilnehmer.

Wei­te­rer For­schungs­be­darf besteht bei der Feh­ler­kor­rek­tur. Feh­ler in der über­tra­ge­nen Infor­ma­tion kön­nen nicht nur nach der Über­tra­gung durch klas­si­sche feh­ler­kor­ri­gie­rende Codes erkannt und beho­ben wer­den, son­dern schon wäh­rend der Über­tra­gung auf der Quan­ten-Ebene ver­hin­dert wer­den. Die Quan­ten­feh­ler­kor­rek­tur nutzt meh­rere Quan­ten-Bits (Qubits) um die Infor­ma­tion eines ein­zel­nen Qubits zu über­tra­gen und ermög­licht somit eine Feh­ler­erken­nung und ‑kor­rek­tur. Typi­sche Feh­ler­quel­len sind hier­bei Deko­hä­renz (Ver­lust der Quan­ten­ei­gen­schaft), Quan­ten­rau­schen oder eine feh­ler­be­haf­tete Erzeu­gung und Mes­sung von Infor­ma­tion. All­ge­mein sind Quan­ten­feh­ler­kor­rek­tur­ver­fah­ren in rea­lis­ti­schen opti­schen Kom­mu­ni­ka­ti­ons­ka­nä­len noch ein jun­ges For­schungs­feld. Die geschickte Kom­bi­na­tion von Quan­ten­feh­ler­kor­rek­tur mit klas­si­schen Feh­ler­kor­rek­tur­ver­fah­ren ist ein wesent­li­cher Aspekt für eine sichere und effi­zi­ente Quantenkommunikation.

Gegen­stand der För­de­rung bil­den daher theo­re­ti­sche und tech­ni­sche Arbei­ten zur Ver­bes­se­rung der Sicher­heit und Leis­tungs­fä­hig­keit von Quan­ten­kom­mu­ni­ka­ti­ons­net­zen sowie zur Archi­tek­tur siche­rer und effi­zi­en­ter Quan­ten­netz­werke. For­schungs­fra­gen erge­ben sich bei­spiels­weise in den Bereichen:

  • Ent­wick­lung von Netz­werk­pro­to­kol­len für eine sichere und effi­zi­ente Quantenkommunikation
  • Erfor­schung von Feh­ler­kor­rek­tur­ver­fah­ren für die Über­tra­gung von Quanteninformation
  • Arbei­ten zur siche­ren und effi­zi­en­ten Signal­ver­ar­bei­tung in der Quan­ten­kom­mu­ni­ka­tion zur Ver­bes­se­rung des Leis­tungs­ver­mö­gens von Quantenkommunikationskonzepten

Quer­schnitts­the­men, wie Nor­mung, Stan­dar­di­sie­rung und vor­be­rei­tende Arbei­ten zur Zer­ti­fi­zie­rung, soll­ten, soweit erfor­der­lich, in den Vor­ha­ben berück­sich­tigt werden.

Im Rah­men der Bekannt­ma­chung wer­den vor­zugs­weise Ver­bünde, in begrün­de­ten Aus­nah­me­fäl­len auch wis­sen­schaft­li­che Ein­zel­vor­ha­ben in der Regel für bis zu drei Jahre geför­dert. Die skiz­zier­ten Lösun­gen müs­sen deut­lich über den aktu­el­len Stand der Wis­sen­schaft und Tech­nik hinausgehen.

2 Ver­fah­ren

2.1 Ein­schal­tung eines Pro­jekt­trä­gers, Antrags­un­ter­la­gen und sons­tige Unterlagen

Mit der Abwick­lung der För­der­maß­nahme „For­schung Agil“ hat das BMBF der­zeit fol­gen­den Pro­jekt­trä­ger beauftragt:

VDI/VDE Inno­va­tion + Tech­nik GmbH
Pro­jekt­trä­ger Kom­mu­ni­ka­ti­ons­sys­teme; IT-Sicherheit
Stein­platz 1
10623 Berlin

Ansprech­part­ner ist Dr. Dirk Ziemann
0 30/31 00 78–55 13
0 30/31 00 78–2 47
ed.ti-edvidv@nnameiz.krid

Inter­net: https://www.forschung-it-sicherheit-kommunikationssysteme.de/foerderung/bekanntmachungen/forschung-agil

Soweit sich hierzu Ände­run­gen erge­ben, wird dies im Bun­des­an­zei­ger oder in ande­rer geeig­ne­ter Weise bekannt gegeben.

Vor­dru­cke für För­der­an­träge, Richt­li­nien, Merk­blät­ter, Hin­weise und Neben­be­stim­mun­gen kön­nen beim Pro­jekt­trä­ger ange­for­dert sowie unter fol­gen­der Adresse abge­ru­fen werden:

http://www.vdivde-it.de/projektfoerderung/dokumente-fuer-die-projektfoerderung

2.2 Vor­lage und Aus­wahl von Projektskizzen

In der ers­ten Ver­fah­rens­stufe ist dem Pro­jekt­trä­ger VDI/VDE Inno­va­tion und Tech­nik GmbH bis spä­tes­tens zum 28. Mai 2021 eine Pro­jekt­skizze vom Ver­bund­ko­or­di­na­tor aus Gesamt­vor­ha­ben­sicht in elek­tro­ni­scher Form unter https://foerderportal.bund.de/easyonline/ in deut­scher Spra­che vor­zu­le­gen. Die Vor­la­ge­frist gilt nicht als Aus­schluss­frist. Anträge, die nach dem oben ange­ge­be­nen Zeit­punkt ein­ge­hen, kön­nen mög­li­cher­weise nicht mehr berück­sich­tigt werden.

Bonn, den 22. März 2021

Bun­des­mi­nis­te­rium
für Bil­dung und Forschung

Im Auf­trag
Dr. H. Prasse


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