Das Projekt

Die MO-SPACE Raumfahrttechnik GmbH nimmt an einem hoch innovativen Gemeinschaftsprojekt zur Quantenkommunikation teil. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung großzügig gefördert.

Motivation

Sichere Verschlüsselungsmethoden sind heutzutage sowohl beim Schutz kritischer digitaler Infrastrukturen als auch bei der Wahrung der Vertraulichkeit und Integrität von sensiblen Informationen von zentraler Bedeutung. Insbesondere aufgrund des Angriffspotenzials von künftigen leistungsfähigen Quantencomputern sind neue kryptographische Algorithmen unabdingbar, um die IT-Sicherheit auch zukünftig nachhaltig zu gewährleisten. Dahingehend ist die Methode der Schlüsselverteilung mittels Lichtquanten, die sogenannte Quantenschlüsselverteilung (engl. Quantum Key Distribution, QKD) ein vielversprechender Ansatz, da aufgrund fundamentaler physikalischer Gesetze Quantenschlüssel nicht unbemerkt abgefangen und kopiert werden können. Die QKD-Technologie lässt sich sowohl in glasfaserbasierten, terrestrischen Kommunikationsnetzen als auch in Freistrahlsystemen einsetzen. Bei längeren Übertragungsstrecken ist jedoch eine freistrahlbasierte Übertragung der Quantenschlüssel mittels Satelliten oder hochfliegender Plattformen von Vorteil.

Ziele und Vorgehen

Ziel des an die QuNET-Initiative angegliederten, industriegeführten Vorhabens „Mobile Knoten“ (QuNET+MOBIXHAP) ist es, eine Höhenplattform (eng. High Altitude Platform, HAP) für die frei strahlbasierte Quantenschlüsselverteilung zu entwickeln und zu demonstrieren. Im Zentrum der Entwicklung steht dabei einerseits ein HAP-taugliches QKD-System, das sämtliche Netzwerkfunktionalitäten abdeckt, angefangen vom Aufbauen und Halten von Luft-Luft- sowie Luft-Bodenstation-Verbindungen bis hin zum Austausch von sicheren Quantenschlüsseln. Parallel dazu wird im Vorhaben auch eine unbemannte, auf einem speziellen hochfliegenden Stratosphären-Flugkörper basierende HAP entworfen und erprobt. Neben den primären Funktionalitäten soll das Gesamtsystem zudem auch autark operieren und den Störeinflüssen sowie den widrigen Einsatzbedingungen in der Stratosphäre widerstehen können. Diesen hohen Anforderungen soll durch die Entwicklung einer besonders robusten Regelungstechnik und komplexer Steuerungsalgorithmen begegnet werden − das alles jedoch unter der Maxime eines möglichst leichten und kompakten Designs.

Innovationen und Perspektiven

Im Projekt werden die Grundlagen für robuste, autark operierende mobile Knoten für die Quantenkommunikation entwickelt, die perspektivisch gesehen den Aufbau eines QKD-Netzwerkes in der Stratosphäre ermöglichen. Somit könnten terrestrische glasfaserbasierte Quantenkommunikationsnetze um mobile freistrahlbasierte QKD-Lösungen erweitert werden. Das Vorhaben adressiert damit einerseits die Problematik der Verteilung von Quantenschlüsseln über große Distanzen, trägt zugleich aber auch zur Steigerung der Ausfallsicherheit und Flexibilität einer quantensicheren IT-Infrastruktur bei. Die Arbeiten leisten insgesamt einen wichtigen Beitrag für den Erfolg der QuNETInitiative. Die Beteiligung mehrerer Industriepartner stärkt außerdem die Position der nationalen IT-Sicherheitsbranche bei der Einführung und Verbreitung quantenbasierter Kommunikationssysteme.