Chicago erweitert und aktiviert das Quantennetzwerk und unternimmt Schritte in Richtung eines sicheren Quanteninternets

Nov 25, 2023

Von Meredith Fore

16. Juni 2022

Wissenschaftler des Chicago Quantum Exchange (CQE) an der Pritzker School of Molecular Engineering der University of Chicago gaben heute bekannt, dass sie zum ersten Mal die Stadt Chicago und Vorstadtlabore mit einem Quantennetzwerk verbunden haben – und damit die Länge des bereits bestehenden Netzwerks fast verdoppelt haben einer der längsten im Land. Das Chicagoer Netzwerk, das bald für Wissenschaft und Industrie geöffnet wird, wird eines der ersten öffentlich zugänglichen Testumgebungen für Quantensicherheitstechnologie im Land sein.

Das Netzwerk führt jetzt aktiv Quantensicherheitsprotokolle unter Verwendung der von Toshiba bereitgestellten Technologie aus und verteilt Quantenschlüssel über optische Kabel mit einer Geschwindigkeit von über 80.000 Quantenbits pro Sekunde zwischen Chicago und den westlichen Vororten. Die Beteiligung von Toshiba an dem Projekt macht das Chicagoer Netzwerk zu einer einzigartigen Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft, Regierung und Industrie.

Forscher werden das Chicagoer Netzwerk nutzen, um neue Kommunikationsgeräte, Sicherheitsprotokolle und Algorithmen zu testen, die schließlich entfernte Quantencomputer im ganzen Land und auf der ganzen Welt verbinden werden. Die Arbeit stellt den nächsten Schritt in Richtung eines nationalen Quanteninternets dar, das tiefgreifende Auswirkungen auf Kommunikation, Computer und nationale Sicherheit haben wird.

Eine neue 35 Meilen (56 Kilometer) lange Erweiterung baut auf der bereits 89 Meilen (144 Kilometer) langen Quantenschleife des Argonne National Laboratory auf, die 2020 gestartet wurde. Das heute angekündigte Gesamtnetzwerk besteht nun aus sechs Knoten und 124 Meilen ( 200 Kilometer) Glasfaser – zur Übertragung von Teilchen, die quantenkodierte Informationen transportieren, zwischen dem Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums in einem Vorort von Lemont und zwei Gebäuden auf der Südseite von Chicago, eines auf dem UChicago-Campus und das andere im CQE-Hauptquartier in Chicago Hyde Park-Viertel. Es stellt Chicago in den Mittelpunkt eines der größten Quantennetzwerke des Landes und festigt die Region weiter als führendes globales Zentrum für Quantenforschung.

„Das Chicagoer Quantennetzwerk bietet Forschern beispiellose Möglichkeiten, Quanteninformationen in einer realen Umgebung zu übertragen und die Grenzen dessen zu erweitern, was derzeit mit Quantensicherheitsprotokollen möglich ist“, sagte David Awschalom, Professor für Molekulartechnik und Physik der Liew-Familie an der University of Chicago, Direktor des Chicago Quantum Exchange und Direktor von Q-NEXT, einem nationalen Forschungszentrum für Quanteninformationswissenschaft des Energieministeriums in Argonne. „Diese Erweiterung ermöglicht es Wissenschaftlern aus Wissenschaft, Industrie und Regierungslaboren, zusammenzuarbeiten, um unser grundlegendes Verständnis der Quantenkommunikation zu verbessern und ein sicheres Quanteninternet zu entwickeln.“

„Während dieses Netzwerk in seinem Umfang beeindruckend ist, ist es als Testumgebung für Experimente zur Verwendung von Quantennetzwerken noch wichtiger. Wir freuen uns darauf, mit CQE zusammenzuarbeiten, um die Entwicklung von Quantennetzwerkarchitekturen zu untersuchen, die Quantensensoren und Computer miteinander verbinden.“ auf neue, aufregende und nützliche Weise", sagte Jay Lowell, Chefwissenschaftler des Disruptive Computing and Networks-Teams von Boeing

Der Aufstieg der Quantencomputer stellt sowohl eine enorme Chance als auch eine grundlegende Bedrohung dar. Sobald sie betriebsbereit sind, sollen sie in der Lage sein, Probleme zu lösen, die für normale Computer nahezu unmöglich sind, und so die aktuelle Verschlüsselung problemlos zu durchbrechen. Im April führten die Gesetzgeber im Kongress den Quantum Cybersecurity Preparedness Act ein, der der rechtzeitigen quantensicheren Verschlüsselung sensibler Informationen Priorität einräumt, damit böswillige Akteure die Daten jetzt nicht stehlen und entschlüsseln können, wenn stärkere Quantencomputer Realität werden.

Wissenschaftler glauben, dass sich Quantennetzwerke auf die Gesetze der Quantenmechanik stützen können, um sie praktisch „unhackbar“ zu machen. Experten auf der ganzen Welt sind sich einig, dass die Implementierung quantensicherer Kommunikationsnetzwerke eine der wichtigsten technologischen Grenzen des 21. Jahrhunderts darstellt.

Eine hacksichere Verschlüsselung kann mithilfe der Quantenschlüsselverteilung erfolgen, der Quantensicherheitstechnologie, die am 6. Juni 2022 in Zusammenarbeit mit Toshiba im Quantennetzwerk im Großraum Chicago aktiviert wurde. Die Schlüsselverteilung ist ein routinemäßiger Bestandteil der meisten Internetsicherheitsmaßnahmen, aber Quantentechnologie kann sie praktisch unempfindlich gegen Hackerangriffe machen. Bei der Quantenschlüsselverteilung werden geheime digitale Schlüssel mithilfe von Quantensicherheitsprotokollen zwischen Parteien verteilt, die sensible Daten kommunizieren. Die Quantenschlüssel werden über Lichtteilchen, sogenannte Photonen, durch ein Netzwerk aus optischen Fasern gesendet, wobei die Quanteneigenschaften der Photonen genutzt werden, um die Bits zu kodieren, aus denen die Schlüssel bestehen. Jeder Versuch, die Photonen abzufangen, zerstört die darin enthaltenen Informationen.

Diese Art der nicht hackbaren Kommunikation findet überall dort Anwendung, wo sichere Kommunikation besonders wichtig ist, einschließlich Branchen wie Finanzen, Verteidigung, Abstimmungen und anderen.

„Wir freuen uns, unsere Partnerschaft mit der Chicago Quantum Exchange fortzusetzen, während die Tests im Netzwerk beginnen“, sagte Yasushi Kawakura, Vizepräsident für digitale Lösungen bei Toshiba. „Es ist von größter Bedeutung, dass wir quantensichere Technologie entwickeln, um uns proaktiv gegen Bedrohungen aus der Quantenzukunft zu verteidigen.“

—Diese Geschichte wurde erstmals von der Chicago Quantum Exchange veröffentlicht.

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