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Supersicher und weltraumtauglich: Quantenforschung

Jena  

Supersicher und weltraumtauglich: Quantenforschung

15.07.2021, 05:12 Uhr | dpa

Supersicher und weltraumtauglich: Quantenforschung. Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik

Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF auf dem Jenaer Beutenberg Campus. Foto: Martin Schutt/dpa-Zentralbild/dpa/archivbild (Quelle: dpa)

Bankgeschäfte, Patientendaten oder wichtige Kommunikation könnten schon in wenigen Jahren supersicher mittels Quantenkommunikation übertragen werden. Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) in Jena und an weiteren Thüringer Einrichtungen arbeiten derzeit an Systemen, die beispielsweise Hackerangriffe auf Firmen und Verwaltungen schwieriger machen sollen. Dass der Forschungsbereich an Fahrt aufnimmt, zeigt sich in Jena - dort wurde am Donnerstag der Grundstein für einen weiteren Forschungsbau am Fraunhofer IOF gelegt.

Die Zukunft der sicheren Kommunikation glänzt in Gold, ist weltraumerprobt - und wurde beim Digitalgipfel 2020 auch von Bundeskanzlerin Angela Merkel in Augenschein genommen. Eine am Fraunhofer IOF entwickelte verschränkte Photonenquelle soll künftig dank Quantentechnologie supersicheren Datenaustausch ermöglichen. Ein erster Testlauf zwischen dem Bundesamt für Informationstechnik und dem Bundesforschungsministerium damit ist in Planung.

Das zeigt: Thüringer Quantentechnologie weckt auch in der Politik Begehrlichkeiten. Insgesamt fließen bis Ende 2024 fast 100 Millionen Euro aus Landes- und Bundesmitteln in die thüringische Quantenforschung. Auch der 23 Millionen Euro teuere Neubau am Fraunhofer IOF wird von Bund und Land finanziert. "Thüringen ist auch dank des Fraunhofer IOF einer der bundesweit führenden Standorte im Bereich der Quantentechnologien und der Quantenkommunikation", sagte Wissenschaftsminister Wolfgang Tiefensee (SPD) bei der Grundsteinlegung am Donnerstag. Von der Erweiterung des Instituts erwarte er starke Impulse für Forschung und Wirtschaft im Freistaat.

Zuletzt unterstützte die Landesregierung die Gründung eines "Quantum Hub" mit rund sechs Millionen Euro. An diesem Netzwerk zur Quantenforschung sind Einrichtungen aus Jena, Erfurt und Illmenau beteiligt. Es sollen Entwicklungen in allen Bereichen der Quantentechnologie vorangetrieben werden - zum Beispiel bei der Quantenbildgebung, die etwa die schädliche Wirkung von Röntgenstrahlen minimieren kann. Darüber hinaus wird am Fraunhofer IOF auch Hardware für modernste Quantencomputer entwickelt. Diese können sehr viel schneller arbeiten und effizienter Probleme lösen als konventionelle Rechner.

Quanten gelten als die kleinsten und unteilbaren Einheiten, die physikalische Wechselwirkungen hervorrufen. Ihrer besonderen Eigenschaften wegen können die Licht- und Energiebausteine von Forscherinnen und Forschern für verschiedene Anwendungsfelder genutzt werden.

Die in Jena entwickelte verschränkte Photonenquelle ist im Grunde ein Erzeuger für sichere Schlüssel für Kommunikation. Vor der Datenübertragung zwischen Sender und Empfänger werden zwei Photonen, die auch als Lichtquanten bezeichnet werden und die kleinsten Lichtteilchen sind, zunächst so erzeugt, dass sie miteinander verbunden sind. Danach werden sie getrennt voneinander auf die Reise geschickt.

Über eine Messung von Photonen auf beiden Seiten kann man anschließend feststellen, ob ein ausgetauschter Schlüssel geheim und damit sicher ist. Nur nachweislich sicheres Schlüsselmaterial kann so für die Kommunikation genutzt werden. Der Clou: Datensicherheit wird damit physisch messbar.

Schon heute könnten so Daten verschlüsselt und gegen Hackerangriffe in der Zukunft abgesichert werden, erklärte Robert Kammel vom Fraunhofer IOF. Insbesondere kritische Kommunikation, etwa zwischen Bundesbehörden, soll so geschützt werden.

Verbraucherinnen und Verbraucher könnten schon in wenigen Jahren mit den Anwendungen in Berührung kommen, meinte Kammel. Perspektivisch könnten dann auch Bankdaten oder Patientenakten mit der Technologie verschlüsselt werden. "In ausgewählten Szenarien, wie zum Beispiel dem Finanzsektor, kommen bereits heute Technologien zum Quantenschlüsselaustausch zum Einsatz." Für einen umfassenden Einsatz mit zertifizierten und zugelassenen Komponenten sei es aber noch ein weiter Weg. Das sei auch davon abhängig, wie schnell etwa eine Infrastruktur mittels Satelliten aufgebaut werden könne.

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