Prof. Dr. Wolters, Professor für „Physikalische Grundlagen der IT-Sicherheit“ am Institut für Optische Sensorsysteme des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), an der TU Berlin und dem Einstein Center Digital Future (ECDF), spricht in einem Interview darüber, wie die Quantenphysik die Sicherheit in der digitalen Kommunikation verbessern kann und welche Potenziale sie für die Unternehmenswelt birgt.
Prof. Dr. Janik Wolters
Professor für “Physikalische Grundlagen der IT Sicherheit” am Institut für Optische Sensorsysteme des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der TU Berlin.
Wir können, dank der Quantenkommunikation, auch in Zukunft noch genauso sicher kommunizieren, wie wir es heute tun.
Herr Wolters, Sie sind u.a. Professor für „Physikalische Grundlagen der ITSicherheit“ an der TU Berlin, können Sie sich und Ihr Forschungsgebiet kurz vorstellen?
Als experimentelle Physiker versuchen wir theoretische Modelle und Konzepte, vor allem aus dem Bereich der Quantenphysik im Labor möglichst exakt nachzubauen und dann für Anwendungen in der Informations- und Kommunikationstechnologie nutzbar zu machen.
In welchen Bereichen kann die Quantenphysik eingesetzt werden?
Quantenphysik spielt bereits in vielen Technologien des digitalen Lebens eine wichtige Rolle. Ich denke zum Beispiel an Laser, die unsere heutigen globalen Telekommunikationsnetzwerke ermöglichen. Ein anderes Beispiel sind Transistoren als grundlegendes Element unserer heutigen Computer. Aktuell wird an Quantentechnolgien der zweiten Generation geforscht. In diesen werden dann quantenmechanische Zustände gezielt präpariert, bearbeitet und ausgelesen. Dies verspricht völlig neue Möglichkeiten für die Sensorik, Hochleistungsrechner, oder auch sichere Kommunikation.
Wie kann die Quantenphysik dazu beitragen, die digitale Sicherheit zu verbessern?
In der Quantenkommunikation wird ausgenutzt, dass Licht in Form von kleinsten, unteilbaren Energieportionen, den Photonen, übertragen wird. In der klassischen Telekommunikation werden Lichtpulse mit vielen Tausenden dieser Photonen genutzt, um Information zu übertragen. Ein Lauscher kann leicht einen Teil dieser Photonen abfangen und sich so Kenntnis der Nachricht verschaffen. Im Gegensatz dazu werden in der Quantenkommunikation nur einzelne, oder wenige Photonen zur Informationsübertragung genutzt.
Hier führen Abhörversuche unweigerlich zu einer Veränderung der Nachricht, woduch der Angreifer sich unweigerlich bemerkbar macht. Quantenphysik kann Sicherheit in der Kommunikation somit nachweisbar machen.
Welche Herausforderungen stellen sich bei der praktischen Umsetzung quantensicherer Verschlüsselungssysteme?
Hier gibt es eine ganze Reihe von technischen Herausforderungen. Zunächst sind Sender- und vor allem Empfängerstationen für die benötigten extrem schwachen Lichtpulse technisch deutlich aufwändiger und damit um Größenordnungen teurer.
Daneben gibt es die grundlegende Herausforderung, dass Lichtpulse bei der Transmission durch optische Glasfasern abgeschwächt werden. In der klassischen Telekommunikation wird dies durch Verstärkerstationen ausgeglichen, sodass wir Informationen über den gesamten Globus verschicken können.
In der Quantenkommunikation ist ein solche Verstärkung nicht so einfach möglich. Daher forschen wir und andere an sogenanten Quantenrepeatern. Bis diese einsetzbar sind, können noch Jahrzehnte vergehen. Bis dahin ist sichere Quantenkommunikation in ihrer Reichweite auf ca. 100 km begrenzt.
Welche Rolle spielt die Quantenphysik bei der Entwicklung sicherer Kommunikationsnetze und der Gewährleistung der Vertraulichkeit von Datenübertragungen?
Eine andere Hauptsäule der Quantentechnologieforschung sind Quantencomputer. Mit diesen lassen sich, so die Hoffnung, bestimmte, heute noch unlösbare mathematische Probleme berechnen. Dies kann zu druchbrüchen bei der Simulation von hochkomplexen Systemen für die Entwicklung neuartiger Batterien oder für die Erforschung medizinischer Wirkstoffe führen. Aber auch dazu, dass heute eingesetzte Verschlüsselungsmethoden geknackt werden können.
Daher müssen Angreifer mit Quantencomputern als mögliches Sicherheitsrisiko für zukünftige Kommunikationsnetze schon heute mitgedacht werden, um auch in Zukunft eine vertrauliche Datenübertragung gewährleisten zu können.
Wie wird die Quantenkommunikation die Zusammenarbeit und den Informationsaustausch zwischen Unternehmen verbessern?
Ich denke, dass sich im wesentlichen nichts ändern wird. Wir können dank der Quantenkommunikation hoffenlich auch in Zukunft noch genauso unbeschwert und sicher kommunizieren, wie wir es heute tun. Und dies auch wenn unsere heutigen Verschlüsselungsmethoden durch Quantencomputer unsicher sein sollten.
Welche Anwendungen der Quantenkommunikation gibt es bereits in der Praxis und welche Potenziale sehen Sie für zukünftige Anwendungen?
In der Praxis stellt die Quantenkommunikation aufgrund der existierenden Einschränkungen noch eine extreme Nischenanwendung dar. Große Firmen und öffentliche Einrichtungen setzen zurzeit eher auf sogenannte Post-Quanten-Kryptografie. Hier wird versucht klassische Verschlüsselungsverfahren zu finden, die sich direkt mit heutiger Kommunikationshardware nutzen lassen, aber auch mit einem Quantencomputer nicht knacken lassen. Wie sicher diese Verfahren wirklich sind, wird wohl erst die Zukunft zeigen. Von daher ist die Forschung an der Quantenkommunikation, für die wir schon heute mathematische Sicherheitsbeweise haben auf jeden Fall weiter lohnend.
Wie wird die Quantenkommunikation die digitale Transformation in Unternehmen beeinflussen?
Wie schon gesagt, geht es eher um die Abwehr zukünftiger Risiken. Ich denke es ist viel gewonnen, wenn die digitale Tranformation weiter voranschreiten kann und ein großer Sicherheitskollaps, den Quantencomputer irgendwann auslösen können, ausbleibt.
