TU Dresden koordiniert FuE-Projekte zu Quantentechnologien

Im Verbundprojekt „Quantum Internet of Things (QUIET)“ werden die Projektpartner TU Dresden, Universität München und das Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) Dresden ein hybrides quanten-konventionelles Kommunikationsnetzwerk entwickeln. Das Gesamtprojektvolumen beträgt 4,42 Mio. Euro (davon 82% Förderanteil durch BMBF).

In den aktuellen 5G- und künftigen 6G-Netzen wird aufgrund der massiven Maschinenkommunikation eine Datenexplosion erwartet, an der Tausende von Sensoren beteiligt sind, um die industriellen Netzwerke der Zukunft zu steuern, zu verwalten und zu automatisieren.

Die Netzbetreiber sind daher gezwungen, alternative Ansätze zu finden, die eine effizientere Erfassung, Übertragung und Verarbeitung von Daten ermöglichen. Der steigende Energieverbrauch, der mit Big Data Mining verbunden ist (unter den heutigen Kommunikationsparadigmen), kann ebenfalls nur mit neuen leistungssteigernden Kommunikations- und Sensortechnologien bewältigt werden. In diesem Zusammenhang können Quantentechnologien die Kommunikations- und Erfassungsressourcen bereitstellen, um die Energieprobleme und die Ineffizienz der klassischen Technologien zu lösen. Künftige Netze des Internets der Dinge (IoT) stellen auch einige kritische Herausforderungen in Bezug auf Sicherheit, Kommunikation sowie Datenerfassung und -verarbeitung dar. Daher müssen unbedingt neue und andere Technologien gefunden werden, um die Nachhaltigkeit und Kommunikationsleistung des IoT zu gewährleisten. Quantenressourcen wie die Verschränkung bieten die Möglichkeit, perfekt verteilte und sichere Zufälligkeiten zu erzeugen, was eine wertvolle Ressource für die oben genannten Herausforderungen in der zukünftigen Kommunikation darstellt.

Das QUIET-Projekt befasst sich daher mit dem Entwurf und der Realisierung einer End-to-End-Systemlösung, die die neuen Ansätze der Quantentechnologien in IoT-Kommunikationsnetzwerken implementiert, die von IoT-Sensoren oder IoT-Sensornetzwerken bis hin zu intelligenten Netzwerken und Cloud-Anwendungen reichen, um die oben genannten Probleme zu lösen. Im Rahmen des QUIET-Projekts wird die Kommunikation mehrerer Einheiten untersucht und experimentell bewertet, die in einem Demonstrator kombiniert werden, der Quantensensorik, -speicherung und -kommunikation zusammen mit klassischem Edge Computing umfasst. Die experimentelle Plattform wird auch Echtzeitanwendungen mit akzeptablen Datenraten ermöglichen.

Ziel des Projektes „Quanten Drahtloses Campusnetzwerk (QD-CamNetz)“ ist die Demonstration des ersten 5G-Quanten-Campusnetzes. TU Dresden, Technische Universität München, IFW Dresden e. V., CampusGenius GmbH (Dresden) und die Deutsche Telekom AG haben dafür die Förderung von insgesamt 8,49 Mio. Euro (davon 96% Förderanteil durch BMBF) erhalten.

Campus-Netze sind notwendig für die Realisierung zukünftiger industrieller Szenarien, in denen Menschen und Maschinen zusammenarbeiten werden. Digitale Zwillinge, erweiterte und virtuelle Realität und haptische Kommunikation werden die von Campusnetzen bereitgestellte Kommunikation mit sehr geringer Latenz benötigen. Die klassischen Technologien stoßen an ihre Grenzen, so dass neue Kommunikations- und Rechenressourcen gefunden werden müssen. In diesem Zusammenhang scheinen Quantenressourcen wie die Verschränkung von primärer Bedeutung zu sein, um das Niveau der Zuverlässigkeit, Vertrauenswürdigkeit, Sicherheit, Belastbarkeit und geringen Latenz zu erhöhen.

QD-CamNetz zielt auf die Erforschung, den Entwurf und die Realisierung eines 5G-Quanten-Campus und lokalen Netzwerks (LAN) ab, das sicher, vertrauenswürdig, belastbar und zuverlässig ist. Das Projekt wird das weltweit erste 5G-Quantum-Campusnetz bereitstellen, in dem 5G-Radio Access Network (RAN) und Mobile Edge Computing nahtlos mit Quantenkommunikationstechnologien für Übertragungen und Routing auf der physikalischen Schicht integriert werden. Dies wird insbesondere die Entwicklung und Realisierung von Quanten-Routern erfordern.