QUIET

QUIET (“Quan­tum Inter­net of Things”) ist ein vom BMBF geför­der­tes Ver­bund­pro­jekt mit dem Ziel ein hybri­des quan­ten-kon­ven­tio­nel­les – also sowohl auf Quan­ten­tech­no­lo­gien als auch auf klas­si­scher Kom­mu­ni­ka­ti­ons­tech­no­lo­gie beru­hen­des – Kom­mu­ni­ka­ti­ons­netz­werk zu ent­wi­ckeln.

MOTIVATION
Die Digi­ta­li­sie­rung unse­rer Gesell­schaft schrei­tet zuneh­mend vor­an. So ver­fügt eine immer grö­ße­re Zahl von Gerä­ten über Netz­werk­an­schlüs­se, wodurch die­se sich unter­ein­an­der aus­tau­schen und so opti­mal auf die Nut­zer­an­sprü­che reagie­ren kön­nen. Die­ses „Inter­net der Din­ge“ und der damit ein­her­ge­hen­de zuneh­men­de Aus­tausch unse­rer Daten, stellt immer höhe­re Anfor­de­run­gen an die Sicher­heit unse­rer Kom­mu­ni­ka­ti­ons­netz­wer­ke. Um die­sen Ansprü­chen gerecht zu wer­den, bedarf es neu­er Tech­no­lo­gien. Bis­he­ri­ge netz­werk­fä­hi­ge Gerä­te tau­schen regel­mä­ßig Daten mit­ein­an­der aus. Aktu­ell ver­schlüs­seln sie die­se jedoch auf Basis von kryp­to­gra­phi­schen Pro­to­kol­len, die aus­schließ­lich auf der end­li­chen Leis­tungs­fä­hig­keit heu­ti­ger Rech­ner basie­ren. Dadurch sind den hier­mit maxi­mal mög­li­chen Daten­ra­ten und der Daten­si­cher­heit Gren­zen gesetzt. Der Ein­satz von Quan­ten­zu­stän­den in einem Quan­ten­kom­mu­ni­ka­ti­ons­netz­werk bie­tet eine neu­ar­ti­ge Lösung. Hier­bei wer­den Daten mit­tels Quan­ten­zu­stän­den des Lichts auf Basis fun­da­men­ta­ler Natur­ge­set­ze ver­schlüs­selt und mit­ein­an­der aus­ge­tauscht. Dies erlaubt es, Nach­rich­ten auch in Zukunft sicher und schnell zu über­tra­gen.

ZIELE UND VORGEHEN
Das Ver­bund­pro­jekt „Quan­tum Inter­net of Things (QUIET)“ hat das Ziel, ein hybri­des quan­ten-kon­ven­tio­nel­les Kom­mu­ni­ka­ti­ons­netz­werk zu ent­wi­ckeln. Im Zusam­men­spiel von ver­teil­ten Quan­ten­zu­stän­den und kon­ven­tio­nel­ler Über­tra­gung sol­len (Quanten)-Sensoren ver­netzt wer­den. So soll die Leis­tungs­fä­hig­keit und Sicher­heit des Netz­werks deut­lich gestei­gert wer­den. Dabei wer­den alle Ebe­nen des Netz­werks, von der phy­si­ka­li­schen Schicht bis hin zu Netz­werk­pro­to­kol­len, betrach­tet. Im Pro­jekt arbei­ten füh­ren­de For­schungs­grup­pen aus den Gebie­ten der Quan­ten­kom­mu­ni­ka­ti­on und Netz­werk­tech­no­lo­gie inten­siv mit Unter­neh­men aus dem Bereich der Tele­kom­mu­ni­ka­ti­on mit dem „Inno­va­ti­ons­hub der Quan­ten­kom­mu­ni­ka­ti­on“ zusam­men.

PARTNER

DEUTSCHE TELEKOM AG, T‑LABS
Die T‑Labs sind die For­schungs- und Ent­wick­lungs­ab­tei­lung der Deut­schen Tele­kom AG (DTAG), die sich dar­auf kon­zen­triert, neue Tech­no­lo­gie­trends umzu­set­zen und greif­ba­re Ergeb­nis­se für das Inno­va­ti­ons­port­fo­lio der Deut­schen Tele­kom zu lie­fern. Zu den aktu­el­len For­schungs­be­rei­chen der T‑Labs gehö­ren: Future Net­works, Spa­ti­al Com­pu­ting, Net­work Secu­ri­ty & Digi­tal Twin und dezen­tra­le Sys­te­me. Co-Rese­arch ist die Haupt­auf­ga­be des Teams, mit der Visi­on ein best­mög­li­ches Kun­den­er­leb­nis zu errei­chen und dis­rup­ti­ve Tech­no­lo­gien für zukünf­ti­ge Tele­kom­mu­ni­ka­ti­ons­in­fra­struk­tu­ren zu erfor­schen. Vom Stand­ort in Ber­lin aus arbei­ten die T‑Labs mit den welt­weit füh­ren­den Uni­ver­si­tä­ten, Start-ups, Inves­to­ren, For­schungs­in­sti­tu­ten und indus­tri­el­len Inno­va­ti­ons­ein­rich­tun­gen, um mit die­sen gemein­sam die Zukunft der Kom­mu­ni­ka­ti­ons­diens­te zu gestal­ten.
Die DTAG fokus­siert im Pro­jekt QUIET sowohl auf die Ende-zu-Ende-Funk­tio­na­li­tät eines inte­grier­ten Quan­ten-IoT-Sys­tems als auch auf archi­tek­tu­rel­le und betrieb­li­che Aspek­te, die die zu erbrin­gen­den Fähig­kei­ten auf­wands- und kos­ten­op­ti­miert dar­stel­len. Ins­be­son­de­re möch­te die DTAG den Inno­va­ti­ons­po­ten­zia­len in der Dimen­si­on “Secu­ri­ty-by-Design” nach­ge­hen, also Sicher­heit und Pri­vat­heit vom Sen­sor bis ins Backend und zurück unter geeig­ne­ter Nut­zung von Quan­ten­res­sour­cen robust bereit­stel­len. Eben­so sol­len Chan­cen der Per­for­manz­ver­bes­se­rung hin­sicht­lich Daten­durch­satz und Ener­gie­ef­fi­zi­enz ent­lang der IoT-Ende-zu-Ende-Betrach­tung genau­er unter­sucht wer­den.

TECHNISCHE UNIVERSITÄT (TU) DRESDEN
Prof. Dr. Frank H. P. Fit­zek (DTPK):
An der Deut­sche Tele­kom Pro­fes­sur für Kom­mu­ni­ka­ti­ons­net­ze arbei­ten mehr als 70 Wissenschaftler:innen. Die For­schungs­schwer­punk­te des Lehr­stuhls sind 5G/6G, das tak­ti­le Inter­net, Quan­ten­kom­mu­ni­ka­ti­on, Post-Shan­non-Theo­rie, Netz­werk­co­die­rung (NC), Com­pres­sed Sens­ing (CS), Soft­ware Defi­ned Net­works (SDN), Net­work Func­tion Vir­tua­liza­ti­on (NFV) und Dis­tri­bu­ted Cloud Com­pu­ting (CC). Der Lehr­stuhl lei­tet den For­schungs­hub 6G-life sowie den Exzel­lenz­clus­ter Tac­ti­le Inter­net with Human-in-the-Loop (CeTI) und koor­di­niert das Cen­ter for Explainable and Effi­ci­ent AI Tech­no­lo­gies (CEE-AI).

Prof. Dr.-Ing. habil. Jür­gen Czar­s­ke (MST):  
Der von Prof. Czar­s­ke gelei­te­te Lehr­stuhl für Mess- und Sen­sor­sys­tem­tech­nik (MST) ver­fügt über aus­ge­wie­se­ne Exper­ti­se in der Ent­wick­lung von Sys­te­men für Pho­to­nik und Optik. Prof. Czar­s­ke ist Fel­low von OPTICA, SPIE und EOS. Seit sei­ner Tätig­keit für die Sie­mens AG in den 1980er Jah­ren ver­fügt er über Erfah­run­gen in der opti­schen Kom­mu­ni­ka­ti­ons­tech­nik. MST hat über 80 wis­sen­schaft­li­che Prei­se und Aus­zeich­nun­gen erhal­ten, zuletzt den Joseph-Fraun­ho­fer-Preis / Robert‑M.-Burley-Preis sowie den Ber­tha-Benz-Preis der Daim­ler- und Benz-Stif­tung. Der Lehr­stuhl MST arbei­tet an Para­dig­men­wech­seln für com­pu­ter­ge­stütz­te Laser­sys­te­me, die auf spe­zi­fi­sche Anwen­dungs­be­rei­che zuge­schnit­ten sind. Mit­hil­fe von Deep Lear­ning kön­nen Few-Mode- und Mul­ti­mo­de­fa­sern cha­rak­te­ri­siert wer­den, um sie auf die Sicher­heit der phy­si­ka­li­schen Schicht und die Quan­ten­kom­mu­ni­ka­ti­on zu über­tra­gen. 

Prof. Dr. Kam­biz Jams­hi­di (IPD):
Die Grup­pe Inte­gra­ted Pho­to­nic Devices (IPD) ver­folgt einen fabrik­lo­sen Ansatz, d. h. sie kon­zen­triert sich auf die Model­lie­rung, den Ent­wurf und die Cha­rak­te­ri­sie­rung pho­to­ni­scher Schal­tun­gen. Sie ist an meh­re­ren Pro­jek­ten / Initia­ti­ven betei­ligt und arbei­tet mit meh­re­ren natio­na­len und inter­na­tio­na­len For­schungs­in­sti­tu­ten und Unter­neh­men zusam­men. Die IPD-Grup­pe befasst sich mit der Rea­li­sie­rung pho­to­ni­scher Struk­tu­ren mit EPIC- und PIC-Tech­no­lo­gien mit Schwer­punkt auf Quan­ten­kom­mu­ni­ka­ti­on und (klas­si­schen und nicht-klas­si­schen) Com­pu­ter­an­wen­dun­gen.

Prof. Dr.-Ing. Dirk Plet­tem­ei­er (HFT): 
Der von Prof. Plet­tem­ei­er gelei­te­te Lehr­stuhl für Hoch­fre­quenz­tech­nik (HFT) ver­fügt über umfang­rei­che Erfah­run­gen in der Ent­wick­lung von pho­to­ni­schen Sys­te­men und Hoch­fre­quenz­elek­tro­nik sowie anwen­dungs­ori­en­tier­ten Kom­mu­ni­ka­ti­ons­sys­te­men. Ins­be­son­de­re die Inte­gra­ti­on von breit­ban­di­gen Anten­nen und ultra­schnel­len Daten­über­tra­gungs­sys­te­men ist ein Schwer­punkt. Dazu gehö­ren neben der Anten­nen­ent­wick­lung auch die Unter­su­chung der Aus­brei­tung elek­tro­ma­gne­ti­scher Wel­len im spe­zi­fi­schen Anwen­dungs­sze­na­rio, die Cha­rak­te­ri­sie­rung elek­tro­ma­gne­ti­scher Mate­ri­al­ei­gen­schaf­ten für das Anten­nen­de­sign und die mess­tech­ni­sche Cha­rak­te­ri­sie­rung der her­ge­stell­ten Anten­nen. Der Lehr­stuhl hat auch Erfah­rung mit der Mes­sung und dem Auf­bau von mikro­wel­len­pho­to­ni­schen und opti­schen Kom­mu­ni­ka­ti­ons­sys­te­men.

TECHNISCHE UNIVERSITÄT (TU) MÜNCHEN
Prof. Dr.-Ing. Dr. rer. nat. Hol­ger Boche (LTI):  
Die Arbeits­grup­pe des Lehr­stuhls für Theo­re­ti­sche Infor­ma­ti­ons­tech­nik (LTI) an der TU Mün­chen arbei­tet seit 2010 an der Ent­wick­lung der Quan­ten­kom­mu­ni­ka­ti­on. Ein wich­ti­ger Bau­stein für eine zukünf­ti­ge tech­no­lo­gi­sche Nut­zung von Quan­ten­sys­te­men zur Infor­ma­ti­ons­über­tra­gung ist eine mathe­ma­tisch ent­wi­ckel­te und ope­ra­tio­nell sinn­vol­le Quan­ten­in­for­ma­ti­ons­theo­rie. Wie im Fal­le der klas­si­schen Infor­ma­ti­on ist eine asym­pto­ti­sche Theo­rie im Sin­ne von Shan­non ein geeig­ne­ter Rah­men. Im Mit­tel­punkt der For­schungs­ar­bei­ten steht ein quan­ti­ta­ti­ves Ver­ständ­nis der Rol­le ver­schie­de­ner Kom­mu­ni­ka­ti­ons­mit­tel klas­si­scher und quan­ten­theo­re­ti­scher Natur und ihrer wech­sel­sei­ti­gen Bezie­hun­gen zuein­an­der.

Dr.-Math. Chris­ti­an Dep­pe (LNT):
Seit 2018 lehrt und forscht Dr. Dep­pe auf dem Gebiet der Quan­ten­tech­no­lo­gien am Lehr­stuhl für Nach­rich­ten­tech­nik der TU Mün­chen unter der Lei­tung von Prof. Ger­hard Kra­mer (Hum­boldt-Pro­fes­sur 2010). Er ver­tritt in Leh­re und For­schung in der Elek­tro­tech­nik die Berei­che Quan­ten­feh­ler­kor­rek­tur, Quan­ten­al­go­rith­men, Quan­ten­kom­mu­ni­ka­ti­on, Codie­rungs­theo­rie, dis­kre­te Mathe­ma­tik und Opti­mie­rung. Dr Dep­pe lei­tet in Mün­chen die BMBF-Pro­jek­te “Quan­ten­re­pea­ter in Quan­ten­kom­mu­ni­ka­ti­ons­netz­wer­ken” und “Infor­ma­ti­ons- und Codie­rungs­theo­rie für Quan­ten-Token-basier­te Authen­ti­fi­zie­rung und siche­re Spei­che­rung”.

Dr. rer. nat. Janis Nöt­zel (TQD): 
Dr. Nöt­zel pro­mo­vier­te 2012 mit sei­ner Dis­ser­ta­ti­on “Quan­tum Com­mu­ni­ca­ti­on under Chan­nel Uncer­tain­ty”. Er arbei­te­te in den BMBF-Pro­jek­ten “Sys­tem­mo­del­le und Mehr­we­ge­kom­mu­ni­ka­ti­ons­pro­to­kol­le für Quan­ten Repea­ter” und “Abhör­si­che­re Kom­mu­ni­ka­ti­on, Angrif­fe und Sys­tem­ent­wurf”, war DFG-Sti­pen­di­at und lei­te­te einen For­schungs­trans­fer an der TU Dres­den. 2018 wech­sel­te Dr. Nöt­zel an die TU Mün­chen als Lei­ter der ers­ten DFG-Emmy-Noe­ther-Grup­pe in der Elek­tro­tech­nik für das Gebiet der Quan­ten­tech­no­lo­gien, wo er die Inte­gra­ti­on der Quan­ten­tech­no­lo­gie in Kom­mu­ni­ka­ti­ons­net­ze und die Berei­che Quan­ten­net­ze, infor­ma­ti­ons­theo­re­ti­sche Model­lie­rung phy­si­ka­li­scher Pro­zes­se und Soft­ware-Engi­nee­ring für Quan­ten­hard­ware unter­sucht.

LEIBNIZ-INSTITUT FÜR FESTKÖRPER- UND WERKSTOFFFORSCHUNG (IFW) DRESDEN
Das Insti­tut für Inte­gra­ti­ve Nano­wis­sen­schaf­ten (IIN) des Leib­niz-Insti­tuts für Fest­kör­per- und Werk­stoff­for­schung Dres­den (IFW) beschäf­tigt sich mit Nano­tech­no­lo­gien, die eine Viel­zahl von Anwen­dun­gen von der Nano­ro­bo­tik bis zur Quan­ten­pho­to­nik ermög­li­chen. Die Nano­pho­to­nik-Grup­pe des IIN unter der Lei­tung von Dr. Cas­par Hopf­mann ist welt­weit füh­rend in der Her­stel­lung von ver­schränk­ten Pho­to­nen­paar­quel­len auf der Basis von Halb­lei­ter-Quan­ten­punk­ten. Kürz­lich wur­de nach­ge­wie­sen, dass die Quan­ten­punk­te als Quan­ten­sys­te­me auch als optisch akti­ve Quan­ten­spei­cher­sys­te­me ver­wen­det wer­den kön­nen. Die Grup­pe ist ein akti­ver Part­ner von QR.X und ct.qmat.