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 Messe 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. 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.
QKD und KMS: Die KEEQuant GmbH in Fürth entwickelt ein System zur kontinuierlichen variablen Quantenschlüsselverteilung (CV-QKD). Es basiert auf kohärenten 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. 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.
Die BESCom GmbH, die diese Anwendungsfälle untersucht, prognostiziert, dass die mobile Hochsicherheitskommunikation eine entscheidende Rolle in der Zukunft 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.
Finanzierungsdanksagung
Dieses Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Deutschland unter der Projektnummer 16KISQ082K gefördert.
Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme
