Aktuelles › Quan­tum Optics Jena · Neues For­schungs­pro­jekt zur quan­ten­ge­si­cher­ten Kommunikation

Sicher­heit und Ver­trauen sind zen­trale Bau­steine für die welt­weite Kom­mu­ni­ka­tion und den Infor­ma­ti­ons­aus­tausch. Die ste­tige Wei­ter­ent­wick­lung von Hoch­leis­tungs­rech­nern und Quan­ten­com­pu­tern stellt für die Nut­zung von eta­blierte Ver­schlüs­se­lungs­ver­fah­ren eine zuneh­mende Gefahr dar und ver­langt neue Lösun­gen. Im Rah­men des »Q‑Sec-Pro« Pro­jek­tes ent­wi­ckelt das Start-up Quan­tum Optics Jena neue Tech­no­lo­gien für die Sicher­heit in der Infor­ma­ti­ons­über­tra­gung auf Basis der Quan­ten­phy­sik. Für die Erfor­schung der Tech­no­lo­gien im Rah­men der »Start-up Secure« Initia­tive des Bun­des­mi­nis­te­ri­ums für Bil­dung und For­schung erhält das Unter­neh­men nun einen För­der­be­scheid von rund 800.000 Euro. 

Ver­schränkte Licht­teil­chen für ein neues Level an Informationssicherheit

Die digi­tale Kom­mu­ni­ka­tion hat seit Ein­füh­rung des „Infor­ma­tion Super­high­ways“ in den 1990-er Jah­ren mitt­ler­weile alle Berei­che des gesell­schaft­li­chen Lebens erfasst und die Welt zu einem „Glo­bal Vil­lage“ schrump­fen las­sen. Die enorme Reich­weite die­ser raschen digi­ta­len Ent­wick­lung ist für viele Men­schen heut­zu­tage kaum noch nach­voll­zieh­bar, wer­den doch E‑Mail-Cli­ents, soziale Netz­werke und VoIP-Dienste mit einem nie dage­we­se­nen Tech­nik­ver­trauen genutzt.

Doch die vir­tu­elle Welt birgt Gefah­ren, die reale Kon­se­quen­zen haben. Neben den jähr­li­chen Finanz­schä­den durch digi­tale Kri­mi­na­li­tät (glo­bal  > $1.000 Mrd.) oder der Sabo­tage kri­ti­scher Infra­struk­tu­ren gefähr­den die sich nähernde Nutz­bar­keit eines per­for­man­ten Quan­ten­com­pu­ters die aktu­ell genutz­ten kryp­to­gra­fi­schen Ver­schlüs­se­lungs­ver­fah­ren und damit die Sicher­heit von Infor­ma­tio­nen und Daten.

»Auf­grund die­ser Ent­wick­lung ist die Daten­si­cher­heit nicht oder nur in Kom­bi­na­tion mit neuen post-quan­tum Ansät­zen zukunfts­fä­hig. Einer die­ser Ansätze ist der Quan­ten-Schlüs­sel­aus­tausch (engl. Quan­tum Key Dis­tri­bu­tion, QKD)«, erläu­tert Dr. Kevin Füch­sel – einer der Geschäfts­füh­rer des jun­gen Unter­neh­mens. Dabei wer­den die Gesetze der Quan­ten­phy­sik genutzt, um über einen geson­der­ten Quan­ten­ka­nal einen nach­weis­lich phy­si­ka­lisch abhör­si­che­ren Schlüs­sel beim Sen­der (typ. als „Alice“ bezeich­net) und Emp­fän­ger („Bob“) zu eta­blie­ren, wobei ein Abhör­ver­such (durch „Eve“) detek­tiert wer­den würde. Die­ser sichere Schlüs­sel wird dann dazu genutzt, die Nach­richt zu ver­schlüs­seln, sie über eine regu­läre Inter­net­ver­bin­dung zu ver­sen­den und beim Emp­fän­ger wie­der zu ent­schlüs­seln.  Der Ein­satz von Wahr­schein­lich­kei­ten und Zufall der Quan­ten­phy­sik ermög­li­chen damit völ­lig neu­ar­tige Kryp­to­gra­fie­an­sätze, die den Angrif­fen von Quan­ten­com­pu­tern wider­ste­hen, da sie nicht auf mathe­ma­ti­schen Annah­men beru­hen, son­dern auf quan­ten­phy­si­ka­li­schen Gesetz­mä­ßig­kei­ten und damit auf phy­si­ka­lisch nach­weis­ba­ren Prinzipien.

Ziel des För­der­pro­jek­tes ist die Wei­ter­ent­wick­lung von feld­taug­li­chen und ska­lier­ba­ren Tech­no­lo­gien für die Quan­ten­schlüs­sel­ver­tei­lung, wel­che im Rah­men einer Demons­tra­tion von Jena nach Erfurt eva­lu­iert und getes­tet wer­den. Haupt­teil der For­schungs­ar­bei­ten ist dabei die Imple­men­tie­rung eines neuen Quan­ten­pro­to­kolls auf Basis von ver­schränk­ten Pho­to­nen. »Die wis­sen­schaft­lich-tech­ni­sche Her­aus­for­de­rung für das Vor­ha­ben liegt vor allem in der zu erbrin­gen­den Ska­lier­bar­keit und dem Nach­weis eines mehr­tä­gi­gen Real­be­triebs in einer IT-Infra­struk­tur«, sagt der CTO des Unter­neh­mens Dr. Oli­ver de Vries.

 

Labor­ex­pe­ri­ment zur Erzeu­gung von ver­schränk­ten Pho­to­nen, ©Quan­tum Optics Jena
GmbH, Susann Nürnberger

Das Bun­des­mi­nis­te­rium für Bil­dung und For­schung (BMBF) unter­stützt die Ent­wick­lungs­ar­bei­ten mit rund 0,79 Mio. Euro über eine Lauf­zeit von 18 Mona­ten. Dr. Michael Kreut­zer, Bera­ter am Grün­dungs­in­ku­ba­tor Star­tUp­Se­cure I ATHENE, erläu­tert »Im Rah­men des „Q‑Sec-Pro“ Pro­jek­tes wird das Start-up Quan­tum Optics Jena wert­volle und prak­tisch ver­wend­bare Erkennt­nisse eines hoch­si­che­ren Schlüs­sel­aus­tauschs mit­tels Quan­ten­me­cha­nik lie­fern.  Unser Team von Star­tUp­Se­cure I ATHENE hat das junge Grün­der­team von Beginn an beglei­tet und das Poten­zial die­ses Vor­ha­bens erkannt – inklu­sive des hier mög­li­chen Bei­trags zur tech­no­lo­gi­schen Souveränität«.

»Wir freuen uns über die finan­zi­elle Unter­stüt­zung und das Ver­trauen des BMBF für unser Vor­ha­ben. Das gesamte Team kann es kaum erwar­ten mit den For­schungs­ar­bei­ten zu begin­nen und an der Umset­zung unsere Ideen zu arbei­ten«, berich­ten die bei­den Geschäftsführer.

Start-up Secure I ATHENE

Der Grün­dungs­in­ku­ba­tor Star­tUp­Se­cure | ATHENE am Natio­na­len For­schungs­zen­trum für ange­wandte Cyber­si­cher­heit ATHENE för­dert deutsch­land­weit die Ent­wick­lung von Ideen im Bereich Cyber­si­cher­heit. Das Team, ansäs­sig am Fraun­ho­fer-Insti­tut für Sichere Infor­ma­ti­ons­tech­no­lo­gie SIT und an der Tech­ni­schen Uni­ver­si­tät Darm­stadt, unter­stützt (poten­ti­elle) Grün­de­rin­nen und Grün­der, die bei­spiels­weise aus dem Stu­dium oder der Wis­sen­schaft inno­va­tive IT-Sicher­heits­lö­sun­gen ent­wi­ckeln und diese zu markt­rei­fen Pro­duk­ten wei­ter­ent­wi­ckeln möch­ten. Star­tUp­Se­cure | ATHENE bie­tet ein brei­tes Spek­trum von Unter­stüt­zungs­an­ge­bo­ten mit spe­zi­fi­schem Bezug zur Cyber­si­cher­heit. Dabei arbei­tet der Grün­dungs­in­ku­ba­tor eng mit dem Inno­va­tions- und Grün­dungs­zen­trum HIGHEST der TU Darm­stadt und dem Digi­tal Hub Cyber­se­cu­rity zusammen.

ATHENE ist ein For­schungs­zen­trum der Fraun­ho­fer-Gesell­schaft unter Mit­wir­kung ihrer bei­den Darm­städ­ter Insti­tute SIT und IGD sowie der Tech­ni­schen Uni­ver­si­tät Darm­stadt und der Hoch­schule Darm­stadt. ATHENE wird geför­dert vom Bun­des­mi­nis­te­rium für Bil­dung und For­schung (BMBF) und vom Hes­si­schen Minis­te­rium für Wis­sen­schaft und Kunst (HMWK).

Mehr Infor­ma­tio­nen unter: www.athene-center.de/gruendungsberatung/kontakt

Quan­tum Optics Jena GmbH

Die Quan­tum Optics Jena GmbH ist eine Aus­grün­dung des Fraun­ho­fer-Insti­tut für Ange­wandte Optik und Fein­me­cha­nik IOF. Nach der Grün­dung im Okto­ber 2020 konnte das junge Unter­neh­men eine erste Finan­zie­rungs­runde im sie­ben­stel­li­gen Bereich im Januar 2021 sichern. Das zehn­köp­fige Team nutzt quan­ten­phy­si­ka­li­sche Effekte um neue Lösun­gen im Bereich Infor­ma­ti­ons­si­cher­heit, Bild­ge­bung und Quan­ten­hard­ware zu realisieren.

Quan­tum Optics Jena GmbH
Moritz-von-Rohr-Straße 1a, 07745 Jena
Ansprech­part­ner: Dr. Kevin Füchsel
Email: moc.anej-oq@sserp
Tele­fon: +49 3641 2251463