BMBF: „Lokale Netze zur Quanten-kommunikation (Q-LAN)“

Richtlinie zur Förderung von Projekten zum Thema „Lokale Netze zur Quantenkommunikation (Q-LAN)“, Bundesanzeiger vom 20.04.2021

Als neuartige Sicherheitstechnologie bietet die Quantenkommunikation eine intrinsische – durch fundamentale ­physikalische Prozesse garantierte – Sicherheit bei der Übertragung kryptografischer Schlüssel. Durch diese lassen sich bestehende Kommunikationskanäle auch in Zukunft vor Abhörangriffen schützen. Quantenkommunikation bietet aber zusätzlich auch Möglichkeiten, Elemente anderer Quantentechnologien sicher miteinander zu vernetzen. Dazu gehören beispielsweise Quantensensoren, die immer präzisiere Messungen, unter anderem in der Medizin erlauben, oder Quantencomputer, die künftig viele Berechnungen in einem Bruchteil der heutigen Rechenzeit durchführen könnten. Auf Quantentechnologie basierende Zufallszahlengeneratoren in High-End-Smartphones erhöhen bereits heute die Sicherheit bei der Kommunikation und könnten künftig vermehrt als Sicherheitsbaustein in Netzen zum Einsatz kommen. Mit der steigenden Leistungsfähigkeit und Anwendungstauglichkeit von Quantentechnologien erhöht sich auch der Bedarf an einer sicheren Vernetzung von Quantenelementen und damit die Relevanz von Quantenkommunikationsnetzen.

Analog zum heutigen Internet müssen Quantenelemente perspektivisch sowohl weiträumig als auch in lokalen Netzen („Local Area Network“ – LAN) vernetzt sein. Die dabei verwendeten Übertragungstechnologien und Möglichkeiten für Einsatzszenarien unterscheiden sich jedoch zum Teil erheblich zwischen einem Quanten-LAN (Q-LAN) und der Quantenkommunikation über weite Strecken. Ursachen dafür finden sich schon bei den Fehlerquellen der Über­tragung: In einem Q-LAN haben Fehler, die aufgrund von thermischen Schwankungen oder durch mechanische ­Vibrationen in Gebäuden oder von Fahrzeugen verursacht werden, eine höhere Relevanz wohingegen Transmissionsverluste in Glasfasern oder im Freiraum eine untergeordnete Rolle spielen. Zudem erfordert die Vernetzung von ­Quantengeräten, insbesondere von Quantencomputern, eine Fehlertoleranz wie sie bislang noch nicht erreicht wurde. Hier bestehen besondere Forschungsbedarfe im Hinblick auf lokale Netze, welche durch die heute bereits auf ­Distanzen von bis zu 100 km eingesetzte Quantenverschlüsselung noch nicht abgedeckt wird.

Weitere Forschungsbedarfe bestehen bei der Entwicklung von verschiedenen Technologien zur Realisierung eines Q-LAN. Es existieren bereits erste Konzepte sowohl für kabelgebundene als auch kabellose Lösungen. Auf Basis dieser Technologien muss langfristig die Möglichkeit für eine universelle Vernetzung von Quantenelementen ent­stehen, bei der alle Komponenten im Netzwerk eingebunden werden können. Da auch in einem Q-LAN Komponenten und Kommunikationskanäle zum Ziel von Angriffen werden können, muss die Sicherheit für derartige Systeme schon bei der Entwicklung mitbedacht werden.

Lokale Quantenkommunikationsnetze haben das Potential die Sicherheit digitaler Systeme erheblich zu steigern und zugleich das Anwendungsfeld für Quantentechnologien zu erweitern. Da das Feld aber noch am Anfang der Technologieentwicklung steht, bedarf es noch erheblicher Forschungsanstrengungen um Anwendungen zu erschließen. Um die Forschung dahingehend zu stimulieren und zu beschleunigen, beabsichtigt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) daher die anwendungsorientierte Erforschung und Entwicklung von Technologien zum Aufbau lokaler Quantenkommunikationsnetze, sowie von Komponenten, die zur Vernetzung von Quantenelementen in einem Q-LAN eingesetzt werden können.

Förderziel:

Ziel der Förderung ist, dass neue innovative Quantenkommunikationskomponenten zur Vernetzung in einem Q-LAN entwickelt und bestehende Ansätze verbessert werden. Mit der Bekanntmachung wird außerdem beabsichtigt, langfristig die Voraussetzungen für die Entwicklung marktreifer Quantenkommunikationskomponenten durch die deutsche Industrie zu schaffen. Hierzu soll die Förderung die Zusammenarbeit von Unternehmen und Forschungseinrichtungen im universitären und außeruniversitären Bereich intensivieren und im Speziellen die Partizipation kleiner und mittlerer Unternehmen (KMU) an aktuellen wissenschaftlichen Ergebnissen unterstützen.

Zuwendungszweck:

Zweck der Zuwendung ist es, innerhalb einer dem Projekt angemessenen Projektlaufzeit von typischerweise drei Jahren, Konzepte für die lokale Vernetzung von Quantenelementen in einem experimentellen Aufbau zu demonstrieren oder zu validieren. Dabei ist eine geeignete Übertragungstechnologie zur technischen Realisierung auszuwählen. Durch die Zusammenarbeit von Unternehmen und Forschungseinrichtungen soll dabei das bereits vorhandene Know-how aus Deutschlands hervorragend aufgestellter Grundlagenforschung auf Umsetzungspartner aus der Wirtschaft transferiert und in die Anwendung gebracht werden. Die Förderung leistet damit auch einen wichtigen Beitrag zur technologischen Souveränität Deutschlands im Bereich der IT-Sicherheit.

Die Fördermaßnahme ist Teil des Förderschwerpunktes der Bundesregierung zur IT-Sicherheit und leistet einen Beitrag zur Umsetzung der Hightech-Strategie 2025 der Bundesregierung.1

Die Ergebnisse des geförderten Vorhabens dürfen nur in der Bundesrepublik Deutschland oder dem EWR2 und der Schweiz genutzt werden.

Die vollständige Bekanntmachung finden Sie hier.

In der ersten Verfahrensstufe sind dem Projektträger VDI/VDE Innovation + Technik GmbH bis spätestens 25. Juni 2021 zunächst Projektskizzen in elektronischer Form vorzulegen.