(openPR) Leistungsfähige Quantencomputer könnten bereits in den 2030er Jahren in der Lage sein, derzeit weit verbreitete Verschlüsselungstechnologien zu knacken. Insbesondere für die Kommunikation vertraulicher Daten birgt dies erhebliche Risiken. Die Quantenschlüsselverteilung (QKD) und Post-Quanten-Kryptographie (PQC) stellen hier quantensichere Optionen zur Übermittlung streng vertraulicher Informationen dar. QKD bietet hierbei das Potenzial auch langfristiger Sicherheit.
In diesem Zusammenhang untersucht die Studie »Application Perspectives in Quantum Communication«, die vom Fraunhofer ISI, HHI, IOF und dem DIN e.V. im Rahmen des vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) geförderten Schirmprojekts Quantenkommunikation Deutschland (SQuaD) erstellt wurde, die Potenziale und Herausforderungen von QKD. Die Studie identifiziert dabei konkrete Anwendungsfelder und analysiert die technischen Voraussetzungen, regulatorischen Anforderungen und die wirtschaftlichen Kontexte mit besonderem Fokus auf QKD in Deutschland und Europa. Methodisch basiert sie auf einer umfassenden Literaturrecherche sowie Expert:innen-Interviews.
Herausforderungen für eine breite Anwendung von QKD
Ein zentrales Studienergebnis ist, dass QKD trotz vielversprechender Eigenschaften vor einer möglichen breiten Markteinführung noch einige Herausforderungen bewältigen muss: So ist etwa glasfaserbasierte QKD derzeit auf Entfernungen von circa 100 Kilometer begrenzt, wobei sich diese durch vertrauenswürdige Knoten (»trusted nodes«) vergrößern ließen – was aber neue Sicherheitsrisiken mit sich bringen kann. Zukünftig könnten hier auch sogenannte Quantenrepeater eine wichtige Rolle spielen, die längere Reichweiten bei gleichem Sicherheitsprofil versprechen.
Weitere Hürden sind die noch nicht ausreichende Stabilität und Robustheit vieler QKD-Systeme, zu schließende Schwachstellen für externe Angriffe, Herausforderungen bei der Integration in bestehende IT-Infrastrukturen und hohe Kosten. Auch das Fehlen von Standards sowie zertifizierten und zugelassenen QKD-Systemen, was den Einsatz in stark regulierten Bereichen wie der öffentlichen Verwaltung verhindert, hemmt die Verbreitung.
Dr. Thomas Schmaltz, Leiter des Geschäftsfelds Industrielle Technologien am Fraunhofer ISI, unterstreicht, dass hier neben technischen Herausforderungen auch andere Faktoren von Bedeutung sind: »Quantenschlüsselverteilung kann ein wichtiger Baustein künftiger IT-Sicherheitsarchitekturen werden, insbesondere für sicherheitssensible Anwendungen. Um das Potenzial voll auszuschöpfen, braucht es aber gezielte Anstrengungen, um bestehende IT-Infrastrukturen und -systeme für die Quantenkommunikation zu erweitern sowie Bewusstsein für Bedrohungen und Akzeptanz in den relevanten Anwenderbranchen zu stärken. Auch Aspekte wie Standardisierung und Zertifizierung beziehungsweise Zulassung spielen eine entscheidende Rolle.«
Was sind mögliche Anwenderbranchen?
Die Studie sieht großes Potenzial für den Einsatz von QKD in sicherheitskritischen Branchen wie der öffentlichen Verwaltung und dem Verteidigungssektor, wo besonders schützenswerte und strategische Daten verarbeitet werden. Aufgrund einer noch limitierten technologischen Reife und fehlender zugelassener und zertifizierter Produkte ist vor 2030 aber nicht mit einer breiten Einführung zu rechnen.
Auch im Banken- und Finanzsektor sind die Anforderungen an Cybersicherheit und zum Schutz von Kunden- und Finanzdaten sehr hoch – trotz vorhandener finanzieller Mittel ist der Sektor bei der Einführung neuer Technologien aber oft eher zurückhaltend.
Im Medizinsektor ist der Schutz sensibler Patientendaten zentral, begrenzte Budgets hemmen jedoch eine schnelle Einführung.
Ähnliche Hürden bestehen im Bereich der kritischen Infrastrukturen wie der Energie- oder Wasserversorgung, wo QKD sensible Kommunikation sichern könnte.
Der Bedarf an sicherer Kommunikation spielt auch in der Industrie eine wichtige Rolle, etwa weil die Gefahr für Industriespionage und Hackerangriffe zugenommen hat. Die Bedeutung von QKD dürfte im Industriebereich jedoch geringer sein als in anderen Sektoren, was das kurz- und mittelfristige Potenzial für QKD begrenzt.
Mittel- bis langfristig könnten aber all diese Sektoren einen relevanten Markt für QKD darstellen.
Darüber hinaus wirft die Studie auch einen Blick auf weitere, bisher wenig entwickelte kryptografische Anwendungen der Quantenkommunikation wie die Verteilung von Quantengeheimnissen, »blindes« Quantencomputing oder Konzepte wie Quantengeld und Quantenmünzwurf. Diese könnten langfristig neue Anwendungsbereiche eröffnen, wenn grundlegende physikalische und technologische Herausforderungen gelöst werden.
Erhebliche Anstrengungen in Politik, Forschung und Industrie erforderlich
Für eine erfolgreiche Einführung von QKD und verwandter Technologien sowie um technologische Souveränität in Europa im Bereich der Quantenkommunikation zu gewährleisten, bedarf es erheblicher Anstrengungen in Politik, Forschung und Industrie und gezielter Investitionen in Forschung und Entwicklung, weiterhin starker Aktivitäten bezüglich Standardisierung und Zertifizierung, einer Erweiterung der Glasfasernetze sowie klarer regulatorischer Leitlinien. Nur so lassen sich die Potenziale einer sicheren und resilienten Quantenkommunikation langfristig erschließen.
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