Quantenkommunikation

Kritische Infrastrukturen

Energieversorgung, Verkehr, Telekommunikation und öffentliche Einrichtungen benötigen sichere Kommunikationswege zum Schutz wichtiger Prozesse und Daten.

Industrie und Produktion

Vernetzte Produktionssysteme, industrielle Steuerungen und digitale Geschäftsprozesse benötigen zuverlässige und sichere Kommunikation.

Rechenzentren und Cloud-Infrastrukturen

Der Schutz sensibler Daten und Kommunikationsverbindungen gewinnt durch steigende Datenmengen und neue Angriffsmöglichkeiten zunehmend an Bedeutung.

Forschung und Entwicklung

Sensible Forschungsdaten, technologische Entwicklungen und geistiges Eigentum benötigen langfristig geschützte Kommunikationswege.

Behörden und sicherheitskritische Anwendungen

Organisationen mit hohen Anforderungen an Datenschutz und Informationssicherheit profitieren von zukünftigen quantensicheren Kommunikationslösungen.

Die zunehmende Digitalisierung, KI-gestützte Angriffsmethoden und zukünftige Quantencomputer stellen bestehende Sicherheitsarchitekturen vor neue Herausforderungen. Zu den wichtigsten Risiken gehören:

Harvest Now, Decrypt Later

Heute abgefangene und gespeicherte Daten könnten zukünftig mit leistungsfähigen Quantencomputern entschlüsselt werden. Besonders betroffen sind langfristig schützenswerte Informationen aus Forschung, Industrie und kritischen Infrastrukturen.

Angriffe auf den Schlüsselaustausch

Schwachstellen im Schlüsselaustausch, kompromittierte Zertifikate oder manipulierte Lieferketten können Man-in-the-Middle-Angriffe ermöglichen und die Sicherheit von Kommunikationsverbindungen gefährden.

Gefährdung klassischer Verschlüsselungsverfahren

Verfahren wie RSA und ECC könnten durch zukünftige Quantencomputer geschwächt werden. Mögliche Folgen sind gefälschte Zertifikate, manipulierte Signaturen und kompromittierte Kommunikationsverbindungen.

Unsicheres Schlüsselmanagement

Eine unzureichende Generierung, Speicherung und Rotation kryptografischer Schlüssel sowie fehlende Automatisierung können zusätzliche Sicherheitsrisiken verursachen.

Fehlende Krypto-Agilität

Veraltete Kommunikationsprotokolle und starre Systeme, beispielsweise ältere TLS-, IPsec- oder IoT-Stacks, erschweren den schnellen Wechsel auf neue Sicherheitsverfahren.

Was ist Quantenkommunikation?

Quantenkommunikation nutzt die Prinzipien der Quantenphysik, um Informationen sicher zu übertragen und neue Sicherheitsmechanismen für zukünftige Kommunikationsnetzwerke zu ermöglichen.

Warum wird Quantenkommunikation benötigt?

Neue Cyberbedrohungen, KI-gestützte Angriffsmethoden und zukünftige Quantencomputer stellen klassische Verschlüsselungsverfahren vor Herausforderungen. Quantenkommunikation bietet neue Ansätze für langfristig sichere Kommunikationssysteme.

Was ist Quantum Key Distribution (QKD)?

QKD ist ein Verfahren zur sicheren Verteilung kryptografischer Schlüssel mithilfe quantenphysikalischer Prinzipien.

Was ist Quantum Random Number Generation (QRNG)?

QRNG erzeugt echte Zufallszahlen auf Basis quantenphysikalischer Prozesse und ermöglicht besonders sichere kryptografische Anwendungen.

Was bedeutet „Harvest Now, Decrypt Later“?

Dabei werden verschlüsselte Daten heute gesammelt, um sie später mit leistungsfähigeren Technologien entschlüsseln zu können.

Wer forscht in Europa und Deutschland an Quantenkommunikation?

In Europa wird intensiv an QKD, Quantennetzwerken, photonischen Technologien und QRNG geforscht.

In Deutschland gehören unter anderem folgende Einrichtungen und Initiativen zu den wichtigen Akteuren:

1. Fraunhofer IPMS – QKD, QRNG, photonische Integration und sichere Hardware
2. Fraunhofer HHI – QKD-Systeme, photonische Komponenten und Quantennetzwerke
3. Fraunhofer IOF – QKD, Einzelphotonentechnologien und optische Quantenkommunikation
4. TU Dresden – Quantenkommunikation, Quantencomputing und Quantensensorik
5. QuNET / SQuaD – Forschung und Vernetzung für sichere Quantenkommunikationsinfrastrukturen

Auf europäischer Ebene bündelt die European Quantum Communication Infrastructure (EuroQCI) nationale Aktivitäten zum Aufbau einer sicheren Quantenkommunikationsinfrastruktur in Europa.

Halbleiter-basierte Spin-Qubits

Halbleiter-basierte Spin-Qubits gelten als eine vielversprechende Technologie für zukünftige skalierbare Quantenprozessoren. Das Fraunhofer IPMS erforscht zentrale Bausteine dieser Technologie – von der Fertigung von Silizium-Spin-Qubits über halbleiterbasierte Quantenchips bis hin zu kryogener Elektronik für die Steuerung und Auslese von Quantensystemen.

Mit seiner Expertise in Halbleiterprozessen, 300-mm-Fertigung und Quantum Engineering schafft das Fraunhofer IPMS wichtige Voraussetzungen für die industrielle Umsetzung leistungsfähiger Quantenhardware.

Supraleitende Qubits 

Supraleitende Qubits zählen zu den führenden Technologieansätzen für leistungsfähige Quantencomputer. Die Skalierung dieser Technologie erfordert stabile, reproduzierbare Fertigungsprozesse und eine enge Verbindung von Quantenforschung und industrieller Halbleitertechnologie.

Das Fraunhofer IPMS entwickelt gemeinsam mit Partnern zentrale Technologien für die nächste Generation supraleitender Quantenchips – von der Fertigung und Integration supraleitender Bauelemente bis hin zu skalierbaren Prozess- und Pilotlinien. Mit seiner Expertise in Halbleiterprozessen und 300-mm-Fertigungsinfrastruktur unterstützt das Fraunhofer IPMS den Übergang von der Grundlagenforschung hin zu industriell nutzbaren Quantenprozessoren.

Die folgenden Beiträge zeigen wichtige Meilensteine auf dem Weg zu stabilen, skalierbaren und in Europa gefertigten Quantenhardware-Plattformen.

Photonenbasierte Qubits

Photonenbasierte Qubits bieten einen vielversprechenden Ansatz für die Entwicklung skalierbarer Quantencomputer. Durch die Nutzung von Lichtteilchen als Informationsträger ermöglichen sie neue Architekturen für Quantenprozessoren und eröffnen Perspektiven für integrierte, energieeffiziente und bei Raumtemperatur betreibbare Quantenhardware.

Das Fraunhofer IPMS erforscht gemeinsam mit Partnern photonische Quantenchips, die auf etablierten Halbleiter- und Photoniktechnologien basieren. Dabei stehen die Integration optischer Funktionen auf Chips sowie die Entwicklung von Elektronik- und Steuerungskonzepten für zukünftige photonische Quantencomputer im Fokus.

Mit seiner Expertise in integrierter Photonik, Mikroelektronik und Systemintegration leistet das Fraunhofer IPMS einen Beitrag zur Entwicklung industriell skalierbarer Quantencomputer „Made in Germany“.

Neutralatom-Qubits 

Neutralatom-Qubits bieten einen vielversprechenden Ansatz für zukünftige skalierbare Quantencomputer. Die Kontrolle einzelner Atome mit höchster Präzision stellt dabei eine zentrale Herausforderung dar – insbesondere bei der parallelen Erzeugung und Steuerung großer Qubit-Register.

Das Fraunhofer IPMS entwickelt hierfür innovative MEMS-basierte Spatial Light Modulators (SLMs), die hochpräzise und programmierbare Lichtmuster für die Manipulation neutraler Atome ermöglichen. Die Mikrospiegeltechnologie eröffnet neue Möglichkeiten für optische Pinzetten und die skalierbare Ansteuerung atomarer Quantensysteme.

Mit seiner Expertise in Mikrosystemtechnik, MEMS-Technologien und optischer Systemintegration schafft das Fraunhofer IPMS wichtige technologische Grundlagen für die nächste Generation atomarer Quantencomputer.

Quantenkommunikation-Technologieupdates direkt ins Postfach

Mit dem Newsletter erhalten Sie ausschließlich Informationen zu diesem Technologiebereich. Für weitere Neuigkeiten des Fraunhofer IPMS melden Sie sich bitte für unseren Presseverteiler an.