NEWS / Fortschritt bei Quantencomputing und Cybersicherheit

Mit der Fähigkeit, hochkomplexe Probleme in Rekordzeit zu lösen, bietet Quantencomputing nicht nur Potenzial in Bereichen wie der Medizin, Materialforschung und künstlichen Intelligenz, sondern auch für die Cybersicherheit. In einer Ära zunehmender Cyberbedrohungen könnte Quantencomputing eine Antwort auf viele Sicherheitsprobleme sein. Gleichzeitig stellt es die traditionelle Kryptografie vor nie dagewesene Herausforderungen.

Im Alltag finden digitale Finanztransaktionen in verschiedensten Formen statt: von kontaktlosen Zahlungen im Supermarkt über mobile Zahlungsdienste wie Apple Pay oder Google Pay bis hin zu Überweisungen in Banking-Apps.

Auch größere, weniger häufige Transaktionen wie der Kauf eines Autos über Online-Plattformen oder internationale Überweisungen für Immobilienkäufe nutzen digitale Netzwerke, deren Sicherheit von entscheidender Bedeutung ist. Es gibt beispielsweise auch Anbieter, die keine Einsatzlimits im Online Casino vorschreiben, und auch hier kann es dann um Transaktionen mit hohen Summen gehen, wobei hier auch oft die Möglichkeit besteht, mit digitalen Währungen zu zahlen. Doch selbst die Blockchain bietet zwar eine erhöhte Sicherheit, doch gilt auch hier Vorsichtsmaßnahmen zu beachten: Auch bei der Nutzung von Kryptowährungen wie Bitcoin oder Ethereum, beispielsweise für den Handel oder Investitionen, spielt der Schutz sensibler Daten eine zentrale Rolle.

Die Fortschritte im Quantencomputing bieten enorme Chancen, die Sicherheit digitaler Finanzen und globaler Transaktionen zu revolutionieren. Eine der vielversprechendsten Technologien in diesem Bereich ist die Quantenkryptografie, insbesondere die Quantum Key Distribution (QKD). QKD ermöglicht die absolut sichere Übertragung von Verschlüsselungsschlüsseln, da jede Abhöraktivität die Quantenmechanik beeinflusst und somit sofort erkannt wird. Diese Technologie könnte die Sicherheit bei Finanztransaktionen deutlich erhöhen und neue Standards für die Verschlüsselung herbeiführen.

Quantencomputing und Cybersicherheit – Fortschritt neuer Rechentechnologien (Bildquelle: Pexels)

Schlüsselverteilung der nächsten Generation
Die Quantenkryptografie nutzt die Prinzipien der Quantenmechanik, insbesondere die Superposition und Verschränkung, um sichere Kommunikationskanäle zu schaffen.

Quantum Key Distribution (QKD)
Mit Verfahren wie dem BB84-Protokoll können Verschlüsselungsschlüssel sicher übertragen werden. Jede Abhöraktivität verändert die Quantenzustände und wird sofort erkannt. Dies macht QKD ideal für Finanztransaktionen, staatliche Kommunikation und militärische Anwendungen. Die Bank of China beispielsweise implementierte bereits 2022 ein QKD-basiertes Kommunikationssystem, das Finanzdaten zwischen den Filialen schützt.

Fehlerkorrigierte Systeme für robuste Sicherheitslösungen
Ein häufiges Problem bei Quantencomputern ist die Instabilität der Qubits, die sogenannte Dekohärenz. Fortschritte wie Googles „Willow“-Chip und Quantinuums „H2“-System adressieren dieses Problem durch effizientere Fehlerkorrekturmechanismen. Dies macht Quantencomputer nicht nur zuverlässiger, sondern auch für sicherheitskritische Anwendungen geeignet.
Ein fehlerkorrigiertes System kann sichere Transaktionen ermöglichen, bei denen keine Daten verloren gehen – selbst bei Angriffen auf das Netzwerk.

Post-Quanten-Kryptografie
Während Quantencomputer klassische Verschlüsselungsalgorithmen wie RSA oder ECC durch Shor's Algorithmus knacken könnten, wird parallel an neuen Algorithmen gearbeitet, die selbst gegen Quantenangriffe sicher sind.

• Lattice-basierte Kryptographie: Bietet Sicherheit durch mathematische Probleme, die auch Quantencomputer nicht effizient lösen können.
• Hash-basierte Signaturen: Ersetzen klassische Signaturen in Blockchain-Transaktionen und sind gegen Quantenangriffe resistent.

Cybersicherheitsnetzwerke in Echtzeit
Quantencomputer können große Datenmengen simultan analysieren, wodurch Netzwerke in Echtzeit auf potenzielle Angriffe überwacht werden können. Sicherheitslücken können somit schneller erkannt und geschlossen werden.

Google „Willow“-Chip
Im Dezember 2024 präsentierte Google seinen neuen Quantenprozessor „Willow“. Der Chip hat die Fähigkeit, extrem komplexe Probleme zu lösen, die für klassische Supercomputer praktisch unmöglich sind. Eine dieser Aufgaben war die Berechnung bestimmter Quantenmechanik-Simulationen, die Google in weniger als fünf Minuten durchführte – eine Aufgabe, die herkömmliche Systeme Billionen Jahre beansprucht hätten. Der Fortschritt liegt vor allem in der verbesserten Fehlerkorrektur und der Skalierbarkeit durch mehr Qubits.

Quantinuum „H2“-System
Quantinuum brachte 2024 ein Quantencomputersystem mit 56 physischen Qubits auf den Markt. Der sogenannte „H2“-Prozessor wurde speziell für robuste Fehlerkorrektur entwickelt, wodurch Anwendungen in der sicheren Datenverarbeitung realistischer werden. Für 2025 plant das Unternehmen ein System mit 100 physischen Qubits, das nochmals niedrigere Fehlerraten bietet.

Das Unternehmen QuEra Computing arbeitet daran, 2024 den ersten kommerziellen Quantencomputer mit fehlerkorrigierten Qubits zu veröffentlichen. Ziel ist es, sicherere Kommunikationsnetzwerke zu ermöglichen, die gegen jegliche Abhörversuche immun sind.

Während Quantencomputing vielversprechend ist, gibt es auch Risiken, die beachtet werden müssen. Quantencomputer könnten herkömmliche Verschlüsselungsmethoden schnell veraltet machen. Viele Finanz- und E-Commerce-Systeme verlassen sich auf RSA, was in einer Post-Quanten-Ära nicht mehr sicher wäre. Der Übergang zu Post-Quanten-Kryptografie muss beschleunigt werden. Cyberkriminelle könnten aber auch selbst auf Quantencomputer zugreifen und sie für Angriffe nutzen. Das erfordert eine globale Regulierung und Zusammenarbeit, um solche Szenarien zu verhindern.

Quantencomputing hat das Potenzial, die Cybersicherheit zu revolutionieren. Insbesondere Quantenkryptografie und Post-Quanten-Kryptografie bieten Möglichkeiten, Transaktionen und Kommunikation sicherer zu machen als je zuvor. Fortschritte wie Googles „Willow“-Chip und Quantinuums „H2“-System zeigen, dass die Technologie zunehmend praxistauglich wird. Gleichzeitig sind die Herausforderungen nicht zu unterschätzen: Von der Bedrohung klassischer Kryptografie bis hin zur Gefahr, dass Angreifer diese Technologie missbrauchen könnten.