Imec/NUS Quanten-Computer-resistente Kryptographie

Das imec arbeitet mit der National University of Singapore zusammen, um wichtige Komponenten für eine Hardware-basierte Kryptographie zu entwickeln, die gegen Quantum-Computer resistent sind.
Das imec arbeitet mit der National University of Singapore zusammen, um wichtige Komponenten für eine Hardware-basierte Kryptographie zu entwickeln, die gegen Quantum-Computer resistent sind.

Das belgische Forschungsinstitut imec und die National University of Singapore (NUS) arbeiten zusammen, um skalierbare, robuste und kosteneffektive Quantenkryptosysteme zu entwickeln, die quantenbasierte Bedrohungen widerstehen können.

Das imec und die NUS wollen gemäß der jetzt unterzeichneten Kollaborationsvereinbarung über einen Zeitrahmen von fünf Jahren Chip-basierte Prototypen für sichere Quantenkommunikationsnetze entwickeln. Konkret geht es dabei um die Entwicklung von Technologien für die Quantenschlüssel-Verteilung und für die Erzeugung von Quantenzufallszahlen, beides Ansätze, die zu den Grundbausteinen eines wirklich sicheren Quanteninternets gehören.

Die Forschung in der Quanteninformatik hat gezeigt, dass große Quantencomputer (wenn sie denn realisiert werden) die meisten der heutigen Verschlüsselungstechniken knacken können. Zwar sind solche Quantencomputer noch einige Zeit entfernt, dennoch arbeiten viele Unternehmen und Forschungsinstitute an einer Lösung des möglichen Problems. Zu diesem Zweck werden weltweit zwei Richtungen verfolgt: ein softwarebasierter (Post-Quantum-Kryptographie) und ein hardwarebasierter Ansatz (Quantenkryptographie). Bei der Post-Quantum-Kryptographie geht es im Wesentlichen darum, bestehende kryptografische Algorithmen und Standards so zu aktualisieren, dass die bestehenden Infrastrukturen für eine »Post-Quantum-Welt« bereit sind. Die Experten vom imec sind allerdings davon überzeugt, dass die Quantenkryptographie im Vergleich zur Post-Quantum-Kryptographie eine wesentlich höhere Sicherheit bietet, denn sie basiere ausschließlich auf den Gesetzen der Quantenphysik und ist daher grundsätzlich nicht brechbar.

Deshalb halten sie diesen Ansatz für kritische Informationsinfrastrukturen mit langfristigen Sicherheitsbedürfnissen wie Gesundheitswesen, Behörden und Banken, für den sichereren Weg. Und für die Quantenkryptographie sind die Quantenschlüssel-Verteilung (QKD) und die Erzeugung von Quantenzufallszahlenerzeugung (QRNG) zwei wesentliche Bausteine. Derzeit seien die Methoden und Prozesse, die diese Quantentechnologien ermöglichen, begrenzt und teuer. Folglich sei die Quantenkryptographie für einen breit angelegten Einsatz unattraktiv.

Dem soll entgegengewirkt werden. Also wollen die Wissenschaftler die QKD- und QRNG-Technologien auf eine Plattform verlagern, die skalierbarer, robuster und kostengünstiger ist. Die Forschungskooperation wird von der National Research Foundation Singapore im Rahmen des Quantum Engineering Programme unterstützt.

»Unser Ansatz besteht darin, alle wichtigen QKD-Komponenten zu entwickeln und sie in einen einzigen Silizium-basierten Photonik-Chip zu integrieren, was eine kostengünstige Lösung ermöglicht«, sagt Joris Van Campenhout, R&D Program Director bei imec. »"Als erstes Ergebnis werden wir gemeinsam einen ultraschnellen QRNG-Chip entwickeln, eine entscheidende Komponente zur Erzeugung der geheimen Schlüssel. Darüber hinaus werden wir an einem Prototypen eines kompakten, voll integrierten photonischen Quanten-Transmitter-Chip arbeiten. Dafür werden wir unsere Expertise in der Silizium-Photonik-Technologie nutzen, die ursprünglich für konventionelle Datenkommunikations- und Telekommunikationsanwendungen entwickelt wurde.«

Dr. Charles Lim, Assistant Professor an der NUS, erklärt: »Die Entwicklung von Chip-basierten Prototypen wird es uns ermöglichen, die heutigen QKD-Technologien in eine effiziente Kommunikationsnetzwerklösung umzusetzen. Unser Team bei NUS wird seine Expertise in Theorie, Protokolldesign und Proof-of-Concept-Experimenten für Quantenzufallszahlengeneratoren und QKD-Systeme einbringen.«