Forscher von Terra Quantum, einem führenden Unternehmen für Quantentechnologie, haben einen Weltrekord für quantenverschlüsselte Datenübertragung aufgestellt. Damit ebnet Terra Quantum den Weg für Unternehmen, Daten garantiert abhörsicher und kosteneffizient über bestehende Glasfasernetze zu versenden.
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Terra Quantum erreicht mit einer Übertragungsrate von 34 Bit pro Sekunde über 1.032 Kilometer eine deutlich höhere QKD-Rate (d.h. quantenverschlüsselte Datenübertragungsgeschwindigkeit) bei großen Entfernungen als alle bisherigen Ansätze. (Graphic: Business Wire)
Terra Quantum hat quantenverschlüsselte Daten über 1.032 Kilometer auf gebräuchlichen Glasfaserkabeln mit signifikant höheren Datenübertragungsraten (Key Rate) versendet (bisher: 0,0034 Bit pro Sekunde; jetzt: 34 Bit pro Sekunde, arXiv Paper). Das Experiment bestätigt Terra Quantums Theorie für eine quantensichere Kommunikation über große Entfernungen auf der bestehenden Telekommunikationsinfrastruktur. Der Ansatz wurde erstmals 2021 theoretisch vorgestellt und nun nach einem Peer-Review-Verfahren in der Fachzeitschrift Nature: Scientific Reports veröffentlicht.
“Ein globales quantensicheres Kommunikationsnetz ist in greifbarer Nähe. Wir haben einen Meilenstein erreicht, an dem Forschungsteams rund um den Globus seit vielen Jahren arbeiten,” sagt Markus Pflitsch, Gründer und CEO von Terra Quantum. “Der Ansatz von Terra Quantum macht die globale quantensichere Datenübertragung skalierbar – ganz ohne zusätzliche komplexe Hardware. Das ist der Startschuss für die höchste Stufe der Cybersicherheit.“
Die erzielten Ergebnisse basieren auf einer neuen Theorie zum Quantenschlüsselaustausch (eng. Quantum Key Distribution, QKD), die bisherige Beschränkungen bei Übertragungsdistanz und -raten aufhebt. Andere Ansätze in dem Bereich erfordern den Einsatz spezieller Hardware entlang der verwendeten Glasfaserleitungen, wie bspw. Quantenverstärker, oder die Verwendung von Spezialmaterialien, wie bspw. eigens entwickelte Glasfaserkabel, um größere Entfernungen zu ermöglichen.
Im Gegensatz dazu hat Terra Quantum einen neuen Ansatz formuliert und validiert, der Glasfaserleitungen und optische Verstärker nutzt. Ähnliche Verstärker werden bereits in der heutigen Telekommunikationsinfrastruktur eingesetzt. Somit wird lediglich eine Ver- und Entschlüsselungshardware beim Sender und Empfänger vor Ort benötigt.
Auf dieser Basis erreicht Terra Quantum mit einer Übertragungsrate von 34 Bit pro Sekunde über 1.032 Kilometer eine deutlich höhere QKD-Rate (d.h. quantenverschlüsselte Datenübertragungsgeschwindigkeit) bei großen Entfernungen als alle bisherigen Ansätze. Ein Experiment von Wissenschaftlern der University of Science and Technology of China, des Jinan Institute of Quantum Technology und des Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology erreichte zuletzt eine Entfernung von 1.002 Kilometern mit einer Rate von 0,0034 Bit pro Sekunde (siehe Abbildung 1).
Die Einführung von QKD-Verfahren über große Entfernungen verspricht eine bedingungslose Sicherheit der Datenkommunikation, die ein Abfangen (sog. „Abhören“) der übertragenen Daten physikalisch unmöglich macht. Die Technologie verspricht weitreichende Anwendungen im Bankwesen, in staatlichen und wissenschaftlichen Einrichtungen und für Verbrauchertechnologien. Sie könnte staatliche Stellen vor ausländischen Geheimdiensten schützen, Unternehmen bei der Abwehr von Wirtschaftsspionage helfen oder Banken die Absicherung von Finanztransaktionen ermöglichen.
Technische Vertiefung
In der weltweiten Forschung hat sich Twin-Field QKD (TFQKD) als der effektivste unter den verschiedenen QKD-Ansätzen für quantenverschlüsselte Datenübertragung über große Entfernungen erwiesen. TFQKD überwindet die exponentielle Abnahme von verschlüsselten Datenraten bei steigender Kanallänge aufgrund von Signalverlusten (die Datenratengrenze, ab welcher die exponentielle Abnahme stattfindet ist auch als Pirandola-Laurenza-Ottaviani-Banch-Grenze bekannt).
Obwohl er als effektivster QKD-Ansatz für quantenverschlüsselte Datenübertragung über große Entfernungen angesehen wurde, war TFQKD bis zuletzt nicht für einen globalen Einsatz geeignet. Da bisherige TFQKD-Ansätze Einzelphotonenzustände bei der Verschlüsselung benutzen, war das verschlüsselte Signal zu schwach, um durch gebräuchliche optische Verstärker verarbeitet zu werden. Entsprechend erfordern bisherige Ansätze zur Verstärkung des Signals Quantenverstärker oder Trusted-Nodes, was zu Einbußen in der Sicherheit und der Übertragungsrate der verschlüsselten Informationen führt.
Terra Quantums neuer Ansatz setzt in der Verschlüsselung auf Multiphotonenzustände. Dadurch kann die Stärke des optischen Signals so stark erhöht werden, dass das Signal durch gebräuchliche optische Verstärker verarbeitet werden kann. Entsprechend erlaubt der Ansatz von Terra Quantum höhere Datenübertragungsraten und -distanzen sowie ein höheres Sicherheitsniveau.
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Über Terra Quantum
Die Terra Quantum Gruppe ist ein führendes Quantentechnologie-Unternehmen mit Sitz in Deutschland und der Schweiz und als „Quantum as a Service (QaaS)”-Unternehmen in drei Kernbereichen organisiert: 1. Mit „Quantum Algorithms as a Service” erhalten Kunden Zugriff auf eine umfangreiche Algorithmen-Bibliothek, etwa für hybride quantengestützte Optimierung und quantengestützte neuronale Netze, die u.a. zur Lösung von komplexen Logistik-Problemen oder der Mustererkennung eingesetzt werden können. Terra Quantum entwickelt überdies neue Quantenalgorithmen für seine Kunden oder passt bestehende Algorithmen an deren spezifische Bedürfnisse an. 2. Terra Quantum bietet mit „Quantum Computing as a Service” seinen Kunden u.a. Zugang zu ihren proprietären, hochleistungsfähigen simulierten Quantenchips (Quantum Processing Unit – QPU), QPUs des Quanten-Ökosystems und entwickelt zudem eigene native QPUs. 3. Mit „Quantum Security as a Service” bietet Terra Quantum seine einzigartigen Lösungen für sichere Quanten- und Post-Quantenkommunikation weltweit an. Besuchen Sie Terra Quantum auf LinkedIn und unter https://terraquantum.swiss.
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