Informationsverarbeitung und Sicherheit für kommende Quantenkommunikationsnetzwerke

• Antragstellerin: Dr. Anna Pappa, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Informatik ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418294583

Die Entwicklung der Quantentheorie ist wahrscheinlich eine der größten wissenschaftlichen Errungenschaften des zwanzigsten Jahrhunderts. Während der letzten Jahrzehnte ist deutlich geworden, dass die Quantentheorie, abgesehen davon, dass sie die Natur auf grundlegendste Art und Weise beschreibt, auch neue Möglichkeiten für andere Forschungsfelder abseits der Physik wie zum Beispiel dem der Kryptographie, der Entwicklung von Algorithmen und der Spieltheorie eröffnet. Dies liegt darin begründet, dass Quantensysteme eine intrinsische Zufälligkeit aufweisen, die technologisch genutzt werden kann, etwa um Rechenleistung signifikant zu steigern, die Sicherheit von Kommunikation zu verbessern und im Allgemeinen Aufgaben zu bewältigen die sich durch rein klassische Ansätze nicht lösen lassen.Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, wesentliche Komponenten für zukünftig verfügbare Quantennetzwerke zu entwickeln, um die Sicherheit von Kommunikation und Berechnungen zu gewährleisten. Dieses Projekt bereitet den Weg für großangelegte, cloudbasierte Quantenrechnungen.Insbesondere sollen Lösungen erforscht werden, die es Benutzern ermöglichen, ihre Daten innerhalb eines Netzwerkes zu speichern und zu verarbeiten und auf diese Weise eine effektivere Art der Berechnung und Kommunikation zu entwickeln. In diesem Rahmen wird die Verkettung und modulare Zusammensetzbarkeit von quantenbasierten und klassischen Routinen als Teil von umfangreicheren Protokollen zur sicheren Kommunikation zwischen einer Vielzahl von Parteien untersucht. Um diesemodulare Betrachtung erfolgreich zu gestalten, müssen (I) Quantenressourcen (Module) untersucht und verifiziert, (ii) das Routing von Information und die Erzeugung der Ressourcen (verbindende Module) betrachtet, sowie schlussendlich (iii) die entsprechenden delegierten multipartiten Protokolle in ihrer Allgemeinheit untersucht werden. Erst nach dem Durchlaufen dieser Schritte, können wir das endgültige Ziel des Projektes, die Beschreibung von neuartigen Protokollen, die sicher undrealistisch in zukünftigen Quantennetzwerken implementiert werden können, erreichen. Das vorgeschlagene Projekt ist in hohem Maße interdisziplinär und innovativ und würde es mir ermöglichen mich inmitten dieses spannenden und schnell voranschreitenden Forschungsfeldes zu finden. Ich verfüge über einen vielfältigen wissenschaftlichen Hintergrund, der es mir ermöglicht, theoretische und experimentelle Techniken über den aktuellen Stand der Technik hinaus zu kombinieren und richtungsweisende Forschung zu betreiben. Auf diese Weise möchte ich die lokale akademische Gemeinschaft stärken und eine starke Forschungsgruppe zur Quantenkryptographie und -kommunikation mit Verbindungen zur internationalen akademischen Gemeinschaft aufbauen. Abschließend würde mir das Emmy-Noether-Stipendium ermöglichen, mich endgültig in das deutsche akademische Leben zu integrieren und mir eine langfristige Forschungs- und Lehrperspektive in Deutschland aufzubauen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen