Veilige communicatie is van cruciaal belang voor onze samenleving, echter de huidige encryptiemethoden worden steeds onveiliger tegen (quantum)dreigingen. Tegelijkertijd vormt de kritische afhankelijkheid van de ICT-infrastructuur van timingsignalen afkomstig van in de ruimte gestationeerde GNSS-systemen eveneens een cyberveiligheidsrisico. Quantum beveiligde communicatie vormt een oplossing, maar is momenteel beperkt in afstand en timing functionaliteit moet worden geïntegreerd.

Quantum netwerken over lange afstand

Het doel van het QUSTICS-project is het onderzoeken en ontwikkelen van een quantumnetwerk over een lange afstand dat: 1) coherente kwantumverbindingen over meer dan 500 km realiseert tussen de twee quantum apparaten, waarbij de frequentievergrendeling tussen twee externe apparaten voldoende is om qubit-informatie te verzenden, 2) Quantumsleuteluitwisseling over die link kan uitvoeren en aantoonbaar veilige en geheime sleutels uit de ruwe detectiegegevens kan destilleren, 3) kan worden geïntegreerd met veilige commerciële timingoplossingen. Succesvolle integratie maakt automatische veilige sleutelextractie naar een White Rabbit-apparaat vanaf een Q*Bird device mogelijk.

Uitdaging voor quantumnetwerken over lange afstand

De belangrijkste beperkende factor voor de afstand is de aard van de quantum informatie, die is gecodeerd in afzonderlijke fotonen. Na lange afstanden (>100 km) is er een grote kans dat het foton wordt geabsorbeerd en daarom nooit bij de ontvanger aankomt. Om deze uitdaging het hoofd te bieden, onderzoeken de partners een industriële implementatie van een nieuw QKD-protocol waar de quantum informatie op een nieuwe manier wordt gecodeerd. Dergelijke nieuwe coderingsschema's vereisen innovatieve frequentievergrendelingen tussen apparaten op afstand, die zullen worden geïntegreerd in Q*Bird-apparaten. Deze innovatieve oplossing markeert een cruciale stap voor de kwantumnetwerkinfrastructuur over lange afstanden.

Integratie van quantum- en timingprotocollen

Ten slotte zullen we, om een industriële toepassing van de oplossing te demonstreren, de aangepaste Q*Bird-apparaten integreren met een White Rabbit-apparaat waarbij de gegenereerde quantum sleutel wordt gebruikt om de timing van gegevensoverdracht te beveiligen. Dit zal niet alleen het Nederlandse leiderschap op het gebied van quantum netwerktechnologie aanzienlijk bevorderen, maar zal ook de bredere telecom- en GNSS-netwerkindustrie ten goede komen door een kant-en-klare ultraveilige cryptografie-oplossing te leveren die ongeëvenaarde veilige timing- en positioneringsoplossingen zal bieden.