Quantum Key Distribution (Entwurf)

Die Abteilung für Photonische Netze und Systeme arbeitet an der schnellen Verteilung eines kryptographischen Schlüssels mittels Quantenkommunikation. Dabei werden sowohl Glasfaser- als auch Freiraumübertragungen (typ. Satellit) berücksichtigt. Wir haben ein System entwickelt, das auf der Zeit-/Frequenzunsicherheit basiert, bei dem Informationen entweder in der Ankunftszeit oder der Frequenz von Photonen im Wellenlängenbereich von 1550 nm kodiert werden. Gegenstand der Forschung sind die Optimierung von Systemkomponenten sowie die gemeinsame Nutzung von klassischer Kommunikation und Quantenkommunikation über das gleiche Medium.

Unsere QKD-Systeme

Wir entwickeln seit 2015 QKD-Systeme für den praktischen Einsatz in modernen Telekommunikationsnetzen. Sie basieren auf dem BB84-Decoy-State-Protokoll, nutzen Standard-TCP/IP-Kanäle und benötigen keine speziellen Synchronisationsverbindungen. Die optische Umschaltung des Quantenkanals erfolgt in weniger als einer Sekunde und ermöglicht hohe Netzflexibilität.

Zur Systemunterstützung bieten wir spezialisierte Hardwarekomponenten an:

• Das Einzelphotonen-Detektormodul ermöglicht eine kompakte und zuverlässige Photonenmessung im C- und O-Band.
• Der Time Tagger erlaubt hochauflösende Zeitmessung einzelner Photonenereignisse mit 100 ps Genauigkeit.

Diese Module lassen sich flexibel in bestehende QKD-Infrastrukturen integrieren und unterstützen die sichere Schlüsselgenerierung in Echtzeit.

Anwendungsbereiche

Die QKD-Systeme des Fraunhofer HHI eignen sich für verschiedenste Einsatzfelder, in denen Datensicherheit und Kommunikationsschutz höchste Priorität haben:

• Behörden & öffentliche Verwaltung - Sichere behördliche Kommunikation und Schutz vertraulicher Informationen
• Finanzwesen & Banken - Schutz von Transaktionen und Archivierung sensibler Daten
• Gesundheitswesen & Forschung - Vertrauliche Patientenkommunikation und datenschutzkonforme Forschung
• Telekommunikation & Cloud-Dienste - Quantenresistente Sicherheit auf Netzebene
• Medien- & Kreativwirtschaft - Schutz vor Piraterie und Datenlecks in der Medienverteilung
• Kritische Infrastrukturen & Industrie 4.0 - Abgesicherte M2M-Kommunikation in hochautomatisierten Umgebungen
• Wissenschaft & Forschung - Schutz von Datenaustausch in Forschungsnetzwerken und Hochleistungsrechnerzentren

Was uns besonders macht

Das Fraunhofer HHI vereint technologische Spitzenforschung mit praktischer Systemintegration.

• Eigenentwickelte photonisch-integrierte Plattformen (PolyBoard, InP)
• Kombination aus Quanten- und klassischer Netzwerktechnologie
• Langjährige Erfahrung in der Koordination großer Forschungsprojekte
• Tiefe Einbindung in nationale und europäische Innovationsnetzwerke
• Enge Zusammenarbeit mit Industrie, öffentlicher Hand und Standardisierungsgremien