QuNET

Projektstruktur und Zeitplan der QuNET-Initiative

Im Rahmen der BMBF-geförderten Initiative QuNET werden die Fraunhofer-Gesellschaft, die Max-Planck-Gesellschaft und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt Technologien für ein Pilotnetz zur Quantenkommunikation in Deutschland entwickeln.
Die vier Kerninstitute sind das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF, das Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut HHI, das Institut für Kommunikation und Navigation des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR-IKN) sowie das Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts (MPL).

Die vier Kerninstitute im Überblick

Fraunhofer IOF Logo

Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF mit Sitz in Jena forscht an der Weiterentwicklung von Licht als Mittel zur Lösung unterschiedlichster Fragestellungen und Anwendungsszenarien. Die Arbeit des 1992 gegründeten Forschungsinstituts konzentriert sich daher auf die anwendungsorientierte Forschung an der Lichtentstehung, Lichtführung und Lichtmessung. Gemeinsam mit Forschenden aus der Grundlagenforschung und Industrie entstehen innovative Lösungen, die in der Wissenschaft und Wirtschaft einen technologischen Vorteil bedeuten und für die Photonik neue Anwendungsfelder erschließen.

Vorsitzender des QuNET-Lenkungskreises:
Andreas Tünnermann

Weitere Informationen zum Institut:
Optische Quantentechnologien am Fraunhofer IOF

Innovationen für die digitale Gesellschaft von morgen stehen im Mittelpunkt der Forschungsarbeit des Fraunhofer Heinrich-Hertz-Instituts HHI in Berlin. Dabei ist das 1928 gegründete Institut weltweit führend in der Erforschung von mobilen und optischen Kommunikationsnetzen und -systemen sowie der Kodierung von Videosignalen und Datenverarbeitung. Gemeinsam mit internationalen Partnern aus Forschung und Industrie arbeitet das Fraunhofer HHI im gesamten Spektrum der digitalen Infrastruktur – von der grundlegenden Forschung bis zur Entwicklung von Prototypen und Lösungen. Das Institut trägt signifikant zu den Standards für Informations- und Kommunikationstechnologien bei und schafft neue Anwendungen als Partner der Industrie.

Vertreter im QuNET-Lenkungskreis:
Martin Schell

Weitere Informationen zum Institut:
Forschungsfeld Quantentechnologien am Fraunhofer HHI

Das Institut für Kommunikation und Navigation des DLR widmet sich der missionsorientierten Forschung in ausgewählten Bereichen der Kommunikation und Navigation. Seine Arbeiten reichen dabei von den theoretischen Grundlagen bis hin zur Demonstration neuer Verfahren und Systeme im realen Umfeld und sind in die DLR-Programme Raumfahrt, Luftfahrt, Verkehr, Digitalisierung und Sicherheit eingebettet.

Vertreter im QuNET-Lenkungskreis:
Christoph Günther

Weitere Informationen zum Institut:
Institut für Kommunikation und Navigation
Gruppe Systeme der Quantenkommunikation

Das Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts deckt ein breites Forschungsspektrum ab, darunter nichtlineare Optik, Quantenoptik, Nanophotonik, photonische Kristallfasern, Optomechanik, Quantentechnologien, Biophysik und – in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin – Verbindungen zwischen Physik und Medizin. Das MPL wurde im Januar 2009 gegründet und ist eines der über 80 Institute der Max-Planck-Gesellschaft, die Grundlagenforschung in den Natur-, Bio-, Geistes- und Sozialwissenschaften im Dienste der Allgemeinheit betreiben. Heute arbeiten knapp 250 Menschen aus rund 30 Nationen am Institut.

Vertreter im QuNET-Lenkungskreis:
Gerd Leuchs

Weitere Informationen zum Institut:
Forschungsgruppe Marquardt

Projektstruktur

Diagramm zur Projektstruktur der QuNET-Initiative
Am Erfolg QuNETs sind viele verschiedene Akteur:innen beteiligt. Ein Lenkungskreis, eine Szenariogruppe sowie ein technischer und ein Beirat bereiten notwendige Forschung und Entwicklung für die Quantenkommunikation vor. Ergänzend dazu stehen verschiedene Teil- und Partnerprojekte aus Wirtschaft und Wissenschaft mit jeweils eigenen Zielen.
Gemeinsam wirken beide Seiten auf einen agilen Prozess ein, in dessen Rahmen die (Teil-)Ziele der QuNET-Initiative immer wieder mit dem aktuellen Stand von Forschung und Entwicklung abgeglichen und ggf. an veränderte Anforderungen angepasst werden. Auf diese Weise soll im wirtschaftlich-technischen Innovations-Ökosystem eine jederzeit fortlaufende und fruchtbare Anpassung der QuNET-Initiative an neue Rahmenbedingungen möglich werden.

Detaillierte Informationen zu den Organen innerhalb der Projektstruktur

Das zentrale Steuerungsorgan der QuNET-Initiative ist der Lenkungskreis. Er wird aus vier Vertretern der vier Kerninstitute gebildet und verantwortet die strategische Entwicklung der Initiative. Darüber hinaus steht er im Austausch mit relevanten Communities, Einrichtungen, Anwender:innen sowie den Beirät:innen. Dabei behält er stets die von der Initiative verfolgten Anwendungsfelder für Quantenkommunikation im Blick.
 

Dem QuNET-Lenkungskreis gehören an:

  • Andreas Tünnermann (Fraunhofer IOF), Koordinator/Vorsitzender
  • Martin Schell (Fraunhofer HHI)
  • Christoph Günther (DLR-IKN)
  • Gerd Leuchs (MPL)
Das QuNET-Office unterstützt den Lenkungskreis und ist am Fraunhofer IOF angesiedelt.
 
Weiterhin wird der Lenkungskreis beraten von einem technischen Beirat sowie dem Beirat der QuNET-Initiative.
Um die fachliche Vernetzung der Projektpartner:innen zu fördern, strukturieren sie sich in themenbezogene Fachgruppen. Diese sind nachfolgend mit ihren jeweiligen Leitern genannt:
 
  • Freistrahl-Systeme (Florian Moll, DLR-IKN)
  • Faser-Systeme (Nino Walenta, Fraunhofer HHI)
  • Gesamtarchitektur & Sicherheitsaspekte (Christoph Marquardt, MPL)
  • Komponenten und Schnittstellen (Fabian Steinlechner, Fraunhofer IOF)

Die QuNET-Fachgruppen entwickeln Technologien und Prozesse, die zur Umsetzung der QuNET-Ziele notwendig sind. Durch eine gruppenübergreifende Zusammenarbeit stellen sie einen kontinuierlichen Anwendungsbezug sicher. Auf diese Weise werden ganzheitliche Lösungsansätze möglich.

Die Szenariogruppe dient als eine Schnittstelle zwischen den Fachgruppen, dem Lenkungskreis sowie der Planung der Anwendungsszenarien für die Quantenkommunikation. Auf diese Weise unterstützt sie die Anpassung der Szenarien an neuen Themen und Anforderungen. Auch berücksichtigt sie dabei Fragen der Zertifizierung, Zulassung und Standards.

Die Szenariogruppe setzt sich aus ausgewählten Mitgliedern der vier an QuNET beteiligten Kerninstitute sowie weiteren gut vernetzten Projektpartner:innen zusammen. Ihr Vorsitzender berät den Lenkungskreis und wird von diesem benannt. Auch ist die Szenariogruppe eine Schnittstelle zu anderen europäischen Projekten im Bereich Quantenkommunikation, wie z. B. EuroQCI.

Der derzeitige Vorsitzende der Szenariogruppe ist Christoph Marquardt (MPL).

Der Beirat setzt sich zusammen aus Angehörigen des Bundesamtes für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI), aus nationalen Netzbetreibern, aus (Sub-)Systementwicklern, aus Vertretern der Sicherheitsbranche, Fachleuten der Quantenrepeater-Forschung (insbesondere Q.Link.X) sowie Expert:innen für Satellitensysteme und (Quanten-)Komponentenentwicklern. Der Beirat unterstützt dabei, die Entwicklungen stets an den technischen Anforderungen realer und skalierbarer quantensicherer Kommunikationssysteme auszurichten. Bei Bedarf wird der Beirat erweitert.
 
Zusätzlich bereitet ein technischer Beirat, bestehend aus den Leiter:innen der Fachgruppen, bei Bedarf fachliche Entscheidungsgrundlagen vor.

Für die Ziele der QuNET-Initiative sind weitreichende Kompetenzen aus dem Umfeld der Quantentechnologien erforderlich. Diese gehen über die wissenschaftlich-technischen Schwerpunkte der vier Kerninstitute hinaus. Deshalb werden aktiv Partner:innen aus Wissenschaft und Wirtschaft in die QuNET-Initiative eingebunden. Für beispielsweise neu angegliederte Forschungs- und Entwicklungsverbundprojekte (F&E) ist ein signifikanter Anteil der geplanten Fördersumme reserviert. Über flexible Beteiligungsformate gliedern sich weitere relevante Akteur:innen in das Innovationsökosystem von QuNET ein.

Um die Überführung von Forschung in einsatzfähige und für die Industrie anwendbare Produkte zu gewährleisten, wurde darüber hinaus – zusätzlich und unabhängig von der QuNET-Initiative – der Deutsche Industrieverbund für Quantensicherheit DIVQSec gegründet. Dessen Mitglieder:innen vernetzten sich eigenständig und nahtlos mit dem wissenschaftlich-technischen Innovationsökosystem QuNETs. Gemeinsam mit QuNET wollen sie einen reibungslosen Transfer der Forschung in Wirtschaft und Gesellschaft vorantreiben.

Möchten Sie mit Ihrem Unternehmen oder Ihrer Organisation einen Beitrag dazu leisten?
Dann beteiligen Sie sich an der QuNET-Initiative!

Zeitplan und Zwischenergebnisse

Zur Umsetzung der QuNET-Initiative ist der schrittweise Ausbau des interdisziplinären »QuNET-Ökosystems« vorgesehen. Hier sollen Partner:innen aus Wissenschaft, Wirtschaft und öffentlichen Einrichtungen aktiv eingebunden werden. So soll ein gemeinsames, grundlegendes Verständnis aller Akteur:innen sowie eine gemeinsame Sprache gefördert werden.
Zwischenergebnisse werden u. a. in Form von Demonstrationen präsentiert. Auf diese Weise wird die Anwendungsnähe der Forschung gewahrt. Gleichzeitig werden die neuen Techniken unter realen Bedingungen erprobt. (siehe dazu auch: Ergänzende Länderinitiativen)
Seit Ende 2019 bringt QuNET kontinuierlich neue Resultate hervor. Aufbauend auf den bisher gewonnenen Erkenntnissen steht nun die Befähigung zur sicheren Punkt-zu-Punkt-Quantenschlüsselverteilung im Vordergrund. Der Schwerpunkt liegt hier auf der Entwicklung und Optimierung kritischer Komponenten und relevanter Technologien. Mitte 2021 soll erstmals eine quantenverschlüsselte Videokonferenz zwischen zwei Bundesbehörden demonstriert werden, sofern es die aktuelle Pandemie-Situation zulässt.

Anschließend wird verstärkt die Entwicklung von Technologien für Mehrbenutzer-Quantennetze (»Multi-User-Netze«) im Fokus stehen.

Dieser Zeitplan wird regelmäßig aktualisiert.

Die deutsche Industrie ist bisher noch nicht in der Lage, selbstständig alle notwendigen Komponenten zur Quantenkommunikation (d. h. Hard- und Software) herzustellen. Hier will QuNET Abhilfe leisten: QuNET wird die flächendeckende Verbreitung von QKD-Systemen innerhalb der deutschen Industrie vorbereiten und damit später den sogenannten industriellen »Rollout« ermöglichen.

QKD-Systeme können, zusammen mit Post Quantum Kryptografie (PQK) und kryptoagilen Methoden, perspektivisch in Netzen des Bundes und der Länder ebenso wie in kritischen Infrastrukturen (z. B. im Bereich Energie und im Gesundheitswesen), aber auch in weiten Teilen der Privatwirtschaft zum Einsatz kommen.

Zu diesem Zweck findet im Rahmen eines agilen »Roadmap-Prozesses« ein steter Abgleich von Forschung und Entwicklung seitens der QuNET-Initiative statt. Dabei werden absehbare technische und sonstige Anforderungen eines Rollouts berücksichtigt (z. B. Zulassung, Technologietransfer, EuroQCI).

Der Rollout erfolgt durch die Industrie im Auftrag öffentlicher oder privater Auftraggeber. Relevante Produkte werden durch Industrie und Wirtschaft umgesetzt. Der Rollout erfolgt explizit nicht durch die Kerninstitute.