Quantenkommunikation im Realeinsatz: Forschungskonsortium validiert hybride Netzarchitekturen über 680 Kilometer
Abschluss des Forschungsprojekts „Q-net-Q“ – Hochschule Nordhausen und
Partner demonstrieren herstellerübergreifende Quantenschlüssel-Verteilung
(QKD) für kritische InfrastrukturenNach über
dreijähriger Laufzeit hat das Forschungskonsortium Q-net-Q unter Leitung
der Hochschule Nordhausen sowie unter Beteiligung des Fraunhofer HHI
(Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut) und
Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) die
erfolgreiche Implementierung einer Quanten-Infrastruktur im Realbetrieb
nachgewiesen.
Im Rahmen einer Abschlusspräsentation wurden mehrere Aspekte
eines QKD-gesicherten Netzes gezeigt.
Im Gesundheitskiosk Sundhausen wurde die Funktionsfähigkeit einer 150 km
langen regionalen Teststrecke demonstriert, die über eine 680 km reichende
Weitverkehrsverbindung vom Fraunhofer HHI in Berlin über Erfurt nach
Frankfurt am Main angebunden wurde. Das Vorhaben validiert die Integration
der Quantenschlüssel-Verteilung (QKD) in bestehende IKT-Netze zur
Absicherung hochsensibler Datenübertragungen. Das Fraunhofer HHI hatte
hierbei die Federführung für Planung und Betrieb der QKD-
Langstreckenverbindung zwischen Berlin und Frankfurt am Main inne.
Das mit 11,8 Millionen Euro durch das Bundesministerium für Forschung,
Technologie und Raumfahrt (BMFTR) und die Europäische Union (EFRE)
kofinanzierte Projekt belegt die Einsatzreife von QKD-Systemen außerhalb
kontrollierter Laborbedingungen. „Mit dem Abschluss von Q-net-Q
demonstrieren wir den erfolgreichen Transfer physikalischer
Hochtechnologie in die regionale Versorgungsinfrastruktur. Der Standort
Sundhausen fungiert hierbei als Reallabor für die digitale Souveränität im
ländlichen Raum“, so Prof. Dr. Jörg Wagner, Präsident der Hochschule
Nordhausen.
Vier Testbeds für die europäische Sicherheitsarchitektur
Im Fokus der Forschungsarbeit standen vier differenzierte Testumgebungen
(Testbeds). Neben der regionalen Anbindung Sundhausens evaluierte das
Konsortium die Performance der Schlüsselgenerierung auf einer großskaligen
Weitverkehrsverbindung: Diese erstreckt sich vom Internet-Knoten DE-CIX in
Frankfurt am Main über Erfurt bis nach Berlin zum Fraunhofer HHI und
umfasst über 680 km quantengesicherte Glasfaserverbindung. Am DE‑CIX in
Frankfurt wurde dafür ein zentraler QKD‑Endpunkt eingerichtet, an dem
mehrere der neuesten HHI‑QKD‑Systeme installiert und in die bestehende
Glasfaserinfrastruktur des Internetknotens integriert wurden.
Den gemeinsamen Knotenpunkt dieser Verbindungen bildet das Fraunhofer-
Zentrum Erfurt unter Leitung des Fraunhofer IOF. „Der Standort Erfurt
fungierte als missionskritischer Zentralknoten für die Steuerung der
klassischen Kommunikation sowie die Hardware-Kontrolle aller vier
Testbeds“, beschreibt Dr. Natasa Pavlovic Tucakovic vom Fraunhofer IOF.
Durch den Einsatz einer softwaredefinierten Netzwerksteuerung (SDN) gelang
zudem die Multi-Vendor-Validierung – die technologische Kopplung von
Hardware unterschiedlicher Hersteller innerhalb eines Systems.
„Mit der 680 Kilometer langen Trusted Node Strecke haben wir gezeigt, dass
unsere QKD-Technologie auch über große Distanzen hinweg zuverlässig und
kontinuierlich Schlüssel austauscht – selbst unter realen Feldbedingungen
und mit unterschiedlichen Detektortechnologien“, erklären Dr. Andy
Schreier und Dr. Julius Schulz-Zander vom Fraunhofer HHI.
„Diese Strecke bildet das Rückgrat des Q‑net‑Q‑Netzes und zeigt, dass
interoperable, langreichweitige Quantenkommunikation bereits heute in
bestehende Netze integriert werden kann.“
Der Gesundheitskiosk: Wo Hochtechnologie auf soziale Innovation trifft
Dass die Wahl für die Abschlusspräsentation auf den Gesundheitskiosk
Sundhausen fiel, ist kein Zufall. Gesundheitskioske bilden ein wichtiges
Rückgrat der künftigen regionalen Versorgung, indem sie medizinische
Beratung und telemedizinische Leistungen dort anbieten, wo
Hausarztkapazitäten knapp werden. Der Gesundheitskiosk diente im Projekt
als operative Schnittstelle, um zu zeigen, dass die hochkomplexe
Quantenautobahn den Schutz von Patientendaten im Alltag gewährleisten
kann.
Live-Demonstration: Der telemedizinische Praxis-Check
Die praktische Anwendung wurde anhand einer realitätsnahen
Telekonsultation zwischen Sundhausen und Jena demonstriert. Im
Gesundheitskiosk wurde hierfür ein eHealth-System (MEYTEC) eingesetzt, um
Vitalparameter wie Puls und Sauerstoffsättigung zu erheben. Diese
hochsensiblen Daten wurden über einen Quanten-Access-Point verschlüsselt
und in Echtzeit übertragen. In Jena analysierte Dr. Albrecht Günther,
Oberarzt am Universitätsklinikum Jena, via Tablet-Lösung die eintreffenden
Werte und demonstrierte so die nahtlose Einbindung der Sicherheitstechnik
in den ärztlichen Workflow.
Starkes Bündnis aus Wissenschaft und Praxis
Der Erfolg von Q-net-Q basiert auf der engen Zusammenarbeit eines
bundesweiten Konsortiums. Die Hochschule Nordhausen verantwortete als
Konsortialführerin die strategische Leitung und den Transfer in die
Region. Die Fraunhofer-Institute HHI (Berlin) und IOF (Jena) brachten ihre
Expertise in der Quantentechnologie, optischen Systemen und hinsichtlich
des Aufbaus eines vollumfänglichen Kommunikationsnetzwerks mit dem Fokus
auf reibungslose Abläufe in der Zusammenarbeit zwischen mehreren
Datacenter ein. Die Technischen Universitäten Berlin (TUB) und München
(TUM) sowie die Friedrich-Alexander-Universitä
entwickelten die notwendige Systemarchitektur und Sicherheitssoftware. Als
zentraler medizinischer Anwendungspartner ermöglichte das
Universitätsklinikum Jena (UKJ) die klinische Validierung der Technologie
unter Realbedingungen. Der Internet-Knoten-Betreiber DE-CIX begleitete das
Projekt als Partner, um die Integration in globale Netzstrukturen zu
prüfen.
„Wir haben die Quantentechnologie aus dem Labor in den Keller des
Gesundheitskiosks in den ländlichen Raum gebracht“, erklärte Projektleiter
Prof. Dr. Thomas Hühn. „Das System ist so robust, dass es auf
handelsüblichen Glasfaserleitungen herstellerunabhängig funktioniert.
Damit haben wir eine Blaupause für die künftige europäische Quanten-
Infrastruktur geschaffen.“
Bild(er)unterschrift: Demonstration der herstellerübergreifenden
Quantenschlüssel-Verteilung (QKD) für kritische Infrastrukturen im
Gesundheitskiosk Sundhausen (Fotos: Tina Bergknapp)
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Über die Hochschule Nordhausen
Die Hochschule Nordhausen steht für praxisnahe Lehre,
anwendungsorientierte Forschung und gesellschaftliche Verantwortung. Als
moderne Hochschule für angewandte Wissenschaften verbindet sie innovative
Forschungsprojekte mit konkreten Lösungen für Wirtschaft, Umwelt und
Soziales.
In enger Zusammenarbeit mit regionalen und überregionalen Partnern
entstehen zukunftsweisende Projekte mit direktem Praxisbezug. Studierende
und Forschende arbeiten interdisziplinär an Themen wie Nachhaltigkeit,
Digitalisierung und Gesundheitsversorgung – mit klarem Fokus auf Transfer
und gesellschaftlichen Mehrwert.
Mit ihrem starken Profil in Forschung und Praxis leistet die Hochschule
Nordhausen einen nachhaltigen Beitrag zur regionalen Entwicklung und zur
Bewältigung aktueller gesellschaftlicher Herausforderungen.
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Über das Fraunhofer IOF
Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena
betreibt anwendungsorientierte Forschung auf dem Gebiet der Photonik und
entwickelt innovative optische Systeme zur Kontrolle von Licht – von der
Erzeugung und Manipulation bis hin zu dessen Anwendung. Das
Leistungsangebot des Instituts umfasst die gesamte photonische
Prozesskette vom opto-mechanischen und opto-elektronischen Systemdesign
bis zur Herstellung von kundenspezifischen Lösungen und Prototypen. Am
Fraunhofer IOF erarbeiten rund 500 Mitarbeitende das jährliche
Forschungsvolumen von 40 Millionen Euro.
Weitere Informationen über das Fraunhofer IOF finden Sie unter:
www.iof.fraunhofer.de
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Über das Fraunhofer HHI
Das Fraunhofer HHI (Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-
Hertz-Institut) ist ein weltweit führendes Forschungsinstitut, das die
digitale Zukunft mitgestaltet. Es treibt Innovationen in den Bereichen
Video, KI, Computer Vision, Photonik und drahtlose Kommunikation voran –
mit Technologien, die Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft maßgeblich
beeinflussen.
Für vielfältige Anwendungsfelder – darunter Medizin, Landwirtschaft,
kritische Infrastrukturen, Katastrophenschutz, Energie, Mobilität und mehr
– entwickelt das Fraunhofer HHI praxisnahe Lösungen mit gesellschaftlichem
Mehrwert.
