QUIET
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QUIET (“Quantum Internet of Things”) ist ein vom BMBF gefördertes Verbundprojekt mit dem Ziel ein hybrides quanten-konventionelles – also sowohl auf Quantentechnologien als auch auf klassischer Kommunikationstechnologie beruhendes – Kommunikationsnetzwerk zu entwickeln.
MOTIVATION
Die Digitalisierung unserer Gesellschaft schreitet zunehmend voran. So verfügt eine immer größere Zahl von Geräten über Netzwerkanschlüsse, wodurch diese sich untereinander austauschen und so optimal auf die Nutzeransprüche reagieren können. Dieses „Internet der Dinge“ und der damit einhergehende zunehmende Austausch unserer Daten, stellt immer höhere Anforderungen an die Sicherheit unserer Kommunikationsnetzwerke. Um diesen Ansprüchen gerecht zu werden, bedarf es neuer Technologien. Bisherige netzwerkfähige Geräte tauschen regelmäßig Daten miteinander aus. Aktuell verschlüsseln sie diese jedoch auf Basis von kryptographischen Protokollen, die ausschließlich auf der endlichen Leistungsfähigkeit heutiger Rechner basieren. Dadurch sind den hiermit maximal möglichen Datenraten und der Datensicherheit Grenzen gesetzt. Der Einsatz von Quantenzuständen in einem Quantenkommunikationsnetzwerk bietet eine neuartige Lösung. Hierbei werden Daten mittels Quantenzuständen des Lichts auf Basis fundamentaler Naturgesetze verschlüsselt und miteinander ausgetauscht. Dies erlaubt es, Nachrichten auch in Zukunft sicher und schnell zu übertragen.
ZIELE UND VORGEHEN
Das Verbundprojekt „Quantum Internet of Things (QUIET)“ hat das Ziel, ein hybrides quanten-konventionelles Kommunikationsnetzwerk zu entwickeln. Im Zusammenspiel von verteilten Quantenzuständen und konventioneller Übertragung sollen (Quanten)-Sensoren vernetzt werden. So soll die Leistungsfähigkeit und Sicherheit des Netzwerks deutlich gesteigert werden. Dabei werden alle Ebenen des Netzwerks, von der physikalischen Schicht bis hin zu Netzwerkprotokollen, betrachtet. Im Projekt arbeiten führende Forschungsgruppen aus den Gebieten der Quantenkommunikation und Netzwerktechnologie intensiv mit Unternehmen aus dem Bereich der Telekommunikation mit dem „Innovationshub der Quantenkommunikation“ zusammen.
PARTNER
DEUTSCHE TELEKOM AG, T‑LABS
Die T‑Labs sind die Forschungs- und Entwicklungsabteilung der Deutschen Telekom AG (DTAG), die sich darauf konzentriert, neue Technologietrends umzusetzen und greifbare Ergebnisse für das Innovationsportfolio der Deutschen Telekom zu liefern. Zu den aktuellen Forschungsbereichen der T‑Labs gehören: Future Networks, Spatial Computing, Network Security & Digital Twin und dezentrale Systeme. Co-Research ist die Hauptaufgabe des Teams, mit der Vision ein bestmögliches Kundenerlebnis zu erreichen und disruptive Technologien für zukünftige Telekommunikationsinfrastrukturen zu erforschen. Vom Standort in Berlin aus arbeiten die T‑Labs mit den weltweit führenden Universitäten, Start-ups, Investoren, Forschungsinstituten und industriellen Innovationseinrichtungen, um mit diesen gemeinsam die Zukunft der Kommunikationsdienste zu gestalten.
Die DTAG fokussiert im Projekt QUIET sowohl auf die Ende-zu-Ende-Funktionalität eines integrierten Quanten-IoT-Systems als auch auf architekturelle und betriebliche Aspekte, die die zu erbringenden Fähigkeiten aufwands- und kostenoptimiert darstellen. Insbesondere möchte die DTAG den Innovationspotenzialen in der Dimension “Security-by-Design” nachgehen, also Sicherheit und Privatheit vom Sensor bis ins Backend und zurück unter geeigneter Nutzung von Quantenressourcen robust bereitstellen. Ebenso sollen Chancen der Performanzverbesserung hinsichtlich Datendurchsatz und Energieeffizienz entlang der IoT-Ende-zu-Ende-Betrachtung genauer untersucht werden.
TECHNISCHE UNIVERSITÄT (TU) DRESDEN
Prof. Dr. Frank H. P. Fitzek (DTPK):
An der Deutsche Telekom Professur für Kommunikationsnetze arbeiten mehr als 70 Wissenschaftler:innen. Die Forschungsschwerpunkte des Lehrstuhls sind 5G/6G, das taktile Internet, Quantenkommunikation, Post-Shannon-Theorie, Netzwerkcodierung (NC), Compressed Sensing (CS), Software Defined Networks (SDN), Network Function Virtualization (NFV) und Distributed Cloud Computing (CC). Der Lehrstuhl leitet den Forschungshub 6G-life sowie den Exzellenzcluster Tactile Internet with Human-in-the-Loop (CeTI) und koordiniert das Center for Explainable and Efficient AI Technologies (CEE-AI).
Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Czarske (MST):
Der von Prof. Czarske geleitete Lehrstuhl für Mess- und Sensorsystemtechnik (MST) verfügt über ausgewiesene Expertise in der Entwicklung von Systemen für Photonik und Optik. Prof. Czarske ist Fellow von OPTICA, SPIE und EOS. Seit seiner Tätigkeit für die Siemens AG in den 1980er Jahren verfügt er über Erfahrungen in der optischen Kommunikationstechnik. MST hat über 80 wissenschaftliche Preise und Auszeichnungen erhalten, zuletzt den Joseph-Fraunhofer-Preis / Robert‑M.-Burley-Preis sowie den Bertha-Benz-Preis der Daimler- und Benz-Stiftung. Der Lehrstuhl MST arbeitet an Paradigmenwechseln für computergestützte Lasersysteme, die auf spezifische Anwendungsbereiche zugeschnitten sind. Mithilfe von Deep Learning können Few-Mode- und Multimodefasern charakterisiert werden, um sie auf die Sicherheit der physikalischen Schicht und die Quantenkommunikation zu übertragen.
Prof. Dr. Kambiz Jamshidi (IPD):
Die Gruppe Integrated Photonic Devices (IPD) verfolgt einen fabriklosen Ansatz, d. h. sie konzentriert sich auf die Modellierung, den Entwurf und die Charakterisierung photonischer Schaltungen. Sie ist an mehreren Projekten / Initiativen beteiligt und arbeitet mit mehreren nationalen und internationalen Forschungsinstituten und Unternehmen zusammen. Die IPD-Gruppe befasst sich mit der Realisierung photonischer Strukturen mit EPIC- und PIC-Technologien mit Schwerpunkt auf Quantenkommunikation und (klassischen und nicht-klassischen) Computeranwendungen.
Prof. Dr.-Ing. Dirk Plettemeier (HFT):
Der von Prof. Plettemeier geleitete Lehrstuhl für Hochfrequenztechnik (HFT) verfügt über umfangreiche Erfahrungen in der Entwicklung von photonischen Systemen und Hochfrequenzelektronik sowie anwendungsorientierten Kommunikationssystemen. Insbesondere die Integration von breitbandigen Antennen und ultraschnellen Datenübertragungssystemen ist ein Schwerpunkt. Dazu gehören neben der Antennenentwicklung auch die Untersuchung der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen im spezifischen Anwendungsszenario, die Charakterisierung elektromagnetischer Materialeigenschaften für das Antennendesign und die messtechnische Charakterisierung der hergestellten Antennen. Der Lehrstuhl hat auch Erfahrung mit der Messung und dem Aufbau von mikrowellenphotonischen und optischen Kommunikationssystemen.
TECHNISCHE UNIVERSITÄT (TU) MÜNCHEN
Prof. Dr.-Ing. Dr. rer. nat. Holger Boche (LTI):
Die Arbeitsgruppe des Lehrstuhls für Theoretische Informationstechnik (LTI) an der TU München arbeitet seit 2010 an der Entwicklung der Quantenkommunikation. Ein wichtiger Baustein für eine zukünftige technologische Nutzung von Quantensystemen zur Informationsübertragung ist eine mathematisch entwickelte und operationell sinnvolle Quanteninformationstheorie. Wie im Falle der klassischen Information ist eine asymptotische Theorie im Sinne von Shannon ein geeigneter Rahmen. Im Mittelpunkt der Forschungsarbeiten steht ein quantitatives Verständnis der Rolle verschiedener Kommunikationsmittel klassischer und quantentheoretischer Natur und ihrer wechselseitigen Beziehungen zueinander.
Dr.-Math. Christian Deppe (LNT):
Seit 2018 lehrt und forscht Dr. Deppe auf dem Gebiet der Quantentechnologien am Lehrstuhl für Nachrichtentechnik der TU München unter der Leitung von Prof. Gerhard Kramer (Humboldt-Professur 2010). Er vertritt in Lehre und Forschung in der Elektrotechnik die Bereiche Quantenfehlerkorrektur, Quantenalgorithmen, Quantenkommunikation, Codierungstheorie, diskrete Mathematik und Optimierung. Dr Deppe leitet in München die BMBF-Projekte “Quantenrepeater in Quantenkommunikationsnetzwerken” und “Informations- und Codierungstheorie für Quanten-Token-basierte Authentifizierung und sichere Speicherung”.
Dr. rer. nat. Janis Nötzel (TQD):
Dr. Nötzel promovierte 2012 mit seiner Dissertation “Quantum Communication under Channel Uncertainty”. Er arbeitete in den BMBF-Projekten “Systemmodelle und Mehrwegekommunikationsprotokolle für Quanten Repeater” und “Abhörsichere Kommunikation, Angriffe und Systementwurf”, war DFG-Stipendiat und leitete einen Forschungstransfer an der TU Dresden. 2018 wechselte Dr. Nötzel an die TU München als Leiter der ersten DFG-Emmy-Noether-Gruppe in der Elektrotechnik für das Gebiet der Quantentechnologien, wo er die Integration der Quantentechnologie in Kommunikationsnetze und die Bereiche Quantennetze, informationstheoretische Modellierung physikalischer Prozesse und Software-Engineering für Quantenhardware untersucht.
LEIBNIZ-INSTITUT FÜR FESTKÖRPER- UND WERKSTOFFFORSCHUNG (IFW) DRESDEN
Das Institut für Integrative Nanowissenschaften (IIN) des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) beschäftigt sich mit Nanotechnologien, die eine Vielzahl von Anwendungen von der Nanorobotik bis zur Quantenphotonik ermöglichen. Die Nanophotonik-Gruppe des IIN unter der Leitung von Dr. Caspar Hopfmann ist weltweit führend in der Herstellung von verschränkten Photonenpaarquellen auf der Basis von Halbleiter-Quantenpunkten. Kürzlich wurde nachgewiesen, dass die Quantenpunkte als Quantensysteme auch als optisch aktive Quantenspeichersysteme verwendet werden können. Die Gruppe ist ein aktiver Partner von QR.X und ct.qmat.
Adresse / Kontakt
Ansprechperson / Kontakt SQuaD:
Deutsche Telekom AG, T‑Labs
Dr.-Ing. Oliver Holschke
E‑Mail: oliver.holschke@telekom.de