Verbundprojekt QuINSiDa – Meilensteinbericht
Erste Schritte zur vollständig drahtlosen und quantensicheren Kommunikation
Ein interdisziplinäres Team von Forschenden und Unternehmen in Deutschland hat erstmalig die Integration von Quantenschlüsselverteilung (QKD) in Li-Fi-Technologie demonstriert. Die Demonstration wurde im Rahmen des vom BMBF geförderten Projekts „QuINSiDa“ durchgeführt und auf der PMRExpo in Köln vorgestellt.
Während QKD (Quantum Key Distribution) hochsichere Schlüssel für die Verschlüsselung von Daten erzeugt, ist sie auf eine optische Sichtverbindung angewiesen. Das gleiche Prinzip liegt auch der Li-Fi-Übertragung zugrunde, so dass sich eine natürliche Möglichkeit zur Ergänzung beider Technologien ergibt. Diese Kombination ermöglicht innovative Anwendungen, die ultrahohe Datensicherheit mit der Geschwindigkeit und Effizienz von LED-basiertem Li-Fi kombinieren.
Zwei QKD-Knoten, verbunden durch Li-Fi zur Übertragung des klassischen QKD-Kanals und Glasfaser für den Quanten-QKD-Kanal (© KEEQuant)
Zu den wichtigsten Anwendungen gehören lokale Quantennetzwerke (Q-LANs), wie Campus-Netze, sowie feste und mobile Verbindungen für Flughäfen, Flugzeuge, Werften, Schiffe und kritische Infrastrukturen.
Technische Details
Zu den von den Konsortialpartnern entwickelten Schlüsseltechnologien gehören:
Li-Fi (Light Fidelity)
ist eine drahtlose Kommunikationstechnologie, die Licht zur Datenübertragung nutzt und eine Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung, verbesserte Sicherheit und minimale Störungen ermöglicht. Sie wurde speziell für Umgebungen entwickelt, in denen die Funkkommunikation eingeschränkt ist oder in denen ein sicherer Datenaustausch unerlässlich ist. Das Fraunhofer-Institut IPMS in Dresden entwickelt diese Systeme und stellt im Rahmen des Projekts sowohl Sender als auch Empfänger zur Verfügung.
Nahaufnahme der Li-Fi-Verbindung zwischen den beiden QKD-Knoten (© KEEQuant)
QKD und KMS
Die KEEQuant GmbH in Fürth entwickelt ein System zur kontinuierlichen variablen Quantenschlüsselverteilung (CV-QKD). Es basiert aufkohärenten Standard-Kommunikationsfasern, nutzt die Heisenbergsche Unschärferelation für die Quantensicherheit, arbeitet bei Raumtemperatur und passt in ein Standard-19″-Rack. Ein begleitendes Schlüsselverwaltungssystem liefert die Kryptografie-Schlüssel dann an die Anwendungen. Der Schwerpunkt des Projekts liegt auf der nahtlosen Systemintegration und auf Protokollen, die für Campus-Netze maßgeschneidert sind.
Netzwerk-Monitoring
Überwachungssysteme in Verbindung mit aussagekräftigen Dashboards sind aus verschiedenen Gründen relevant. Neben der Visualisierung eines allgemeinen Überblicks ist es zusätzlich hilfreich, tiefe Einblicke in den Status einzelner Geräte oder den allgemeinen Zustand des Netzwerks zu erhalten. QKD-Anwendungen und -Geräte sind derzeit noch nicht weit verbreitet, insbesondere nicht in einer faserlosen Version.
Dashboard zur Überwachung und Steuerung (© KEEQuant)
Im Rahmen des QuINSiDa-Projekts hat KEEQuant an den Schnittstellen zu QKD- und KMS-Systemen (Key-Management-Systemen) sowie zu den Li-Fi- und PAT-Systemen gearbeitet. Für die QKD-Verbindung wurde auf den ETSI QKD-Standards aufgebaut. Das von Infosim® bereitgestellte PMR-Expo-Dashboard zeigt eine logische Darstellung der Demo mit Statusanzeigen für jedes Gerät. Darüber hinaus wurden die relevanten Metriken, wie beispielsweise Schlüsselrate und Fehlerrate, als Zeitreihen visualisiert.
Die Integration dieser Technologien ermöglichte eine Zwei-Knoten-Demonstration, bei welcher der üblicherweise durch Kabel verbundene Kommunikationskanal zwischen CV-QKD-Geräten durch eine drahtlose Li-Fi-Verbindung ersetzt wurde.
Wir -BESCom- untersuchen diese Anwendungsfälle und prognostizieren, dass die mobile Hochsicherheitskommunikation in der Zukunft eine entscheidende Rolle spielen wird, sowohl für mobile als auch der optischen Netze.
Die optische Faser, die die Quantenkomponenten der beiden QKD-Systeme verbindet, wird später durch ein vom Fraunhofer IPMS entwickeltes Teleskop ersetzt, das ein vollständig drahtloses System ermöglicht. Darüber hinaus planen die Projektpartner die Integration einer verschlüsselten Verbindung (Telco Tech GmbH) und eines verschränkungsbasierten QKD-Systems (Fraunhofer IOF, Jena), um eine solide Grundlage für künftige Experimente und Produkte zu schaffen, die auf hochsichere Campus-Netzwerke und Szenarien zwischen Festnetz und Mobilfunk abzielen. Die weiteren Projektergebnisse werden innerhalb der weiteren Projektlaufzeit über die Kanäle der Projektpartner kommuniziert.
QuINSiDa – ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördertes Verbundprojekt zur Entwicklung von Technologien zur flexiblen und sicheren drahtlosen Quantenkommunikation zwischen mehreren Geräten innerhalb eines Raumes (Quantennetzwerk).
Finanzierungsdanksagung
Di
eses Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Deutschland unter der Projektnummer 16KISQ082K gefördert.
Partner im Projekt
KEEQuant GmbH, Fürth (Verbundkoordinator) Fraunhofer IPMS, Dresden
Fraunhofer IOF, Jena
TELCO TECH GmbH, Teltow
Infosim GmbH & Co. KG, Würzburg
BESCom Elektronik GmbH, Hamburg
Weitere Infos zu QuINSiDa erhalten Sie auf der Webseite des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) und bei den beteiligten Projektpartnern.
Quellen: Bundesministerium für Bildung und Forschung, Fraunhofer IPMS, KEEQuant GmbH