Wie sicher ist Quantenkommunikation unter realen Bedingungen – und was können gezielte Angriffe über ihre Stärken und Schwachstellen verraten?
Beim zweiten Quantum Hackathon am Fraunhofer IOF in Jena gingen rund 20 internationale Teilnehmende diesen Fragen praktisch auf den Grund.
Zwei Tage lang arbeiteten sie gemeinsam daran, ein reales Quantenkommunikationssystem zu untersuchen, Signale abzufangen und die Auswirkungen ihrer Eingriffe auszuwerten.
Was ist Quantum Hacking?
Auch quantensichere Systeme müssen sich in der Praxis bewähren
Quantenkommunikation nutzt einzelne Lichtteilchen – sogenannte Photonen – und deren quantenphysikalische Eigenschaften, um Informationen besonders sicher zu übertragen. Ein unbemerkter Zugriff auf eine quantenverschlüsselte Verbindung ist grundsätzlich nicht möglich: Jeder Eingriff verändert das System und kann dadurch erkannt werden.
Das bedeutet jedoch nicht, dass reale Quantenkommunikationssysteme automatisch unangreifbar sind. Sie bestehen aus optischen und elektronischen Komponenten, Messgeräten, Steuerungen und Software. Diese praktische Umsetzung kann Eigenschaften oder Schwachstellen aufweisen, die sich gezielt untersuchen lassen.
Quantum Hacking
setzt genau hier an. Es geht nicht darum, die Gesetze der Quantenphysik zu umgehen. Stattdessen werden reale Systeme unter kontrollierten Bedingungen angegriffen, um besser zu verstehen, wie sie reagieren, welche Spuren ein Eingriff hinterlässt und wie zukünftige Anwendungen noch robuster gestaltet werden können.
Quantum Hacking bedeutet nicht, die Gesetze der Quantenphysik zu umgehen – das ist unmöglich. Stattdessen nutzen Angreifer Eigenschaften oder Grenzen der verwendeten Hardware oder Protokolle aus. Solche Angriffe zeigen, wie wichtig es ist, QKD-Systeme sorgfältig zu entwickeln und gründlich zu testen, damit die erzeugten Schlüssel wirklich sicher bleiben.
Zwei Tage voller Ideen und Experimente
Nach der erfolgreichen ersten Ausgabe im Jahr 2025 kehrte der Quantum Hackathon am 29. und 30. Juli 2026 mit einem erweiterten zweitägigen Format nach Jena zurück.
Zu Beginn vermittelten Fachleute die Grundlagen der Quantenkommunikation und führten in die Funktionsweise des experimentellen Systems ein. Anschließend entwickelten die Teilnehmenden in kleinen Gruppen eigene Ansätze für die gestellte Aufgabe.
Im Mittelpunkt stand dabei nicht allein die Frage, ob sich ein Signal abfangen lässt. Entscheidend war, die gewonnenen Daten richtig zu interpretieren und zu untersuchen, wie sich der Angriff auf das gesamte Kommunikationssystem auswirkt.
So verband der Hackathon theoretisches Wissen mit praktischer Laborarbeit, gemeinsamer Fehlersuche und kreativem Experimentieren.
Nach einer ersten Phase, in der softwarebasierte Strategien und Angriffskonzepte erarbeitet wurden, setzten die Teams ihre Ideen im Labor praktisch um. Dafür standen ihnen ein Arbitrary Waveform Generator (AWG), ein Phasenmodulator, ein Intensitätsmodulator sowie weitere optische Komponenten zur Verfügung. Mit dieser Ausstattung konnten sie das Quantensignal zwischen Alice (Senderin) und Bob (Empfänger) manipulieren und anschließend beobachten, wie sich ihre Eingriffe auf die Fehlerrate (Quantum Bit Error Rate, QBER) auswirkten – ein eindrucksvolles Beispiel dafür, dass jeder Angriff Spuren hinterlässt.
Die drei Teams – EVEL, Qrackers und JENeavesdroppers – entwickelten dabei ganz unterschiedliche kreative Ansätze. Der direkte Vergleich zwischen theoretischen Erwartungen und dem realen Verhalten des Systems sorgte für zahlreiche Aha-Momente und verdeutlichte, warum Quantenkommunikation als zukunftssichere Technologie gilt.
Der Hackathon nutzte ein Testbed, das aus drei funktionalen Einheiten bestand
Alice (Source)
Erzeugt schwache kohärente Lichtpulse und kodiert Zufallsbits über time bins (early/late) und relative Phase. Die Pulse werden über eine optische Faser an Bob übertragen.
Bob (Detector)
Misst die eingehenden Pulse mit zufällig gewählten Basen mittels Einzelphotonendetektoren und kommuniziert über einen klassischen Kanal mit Alice, um die zur Schlüsselbildung geeigneten Bits zu bestimmen.
Eve (Hacker)
Die Teilnehmenden konnten das Quantensignal mit bereitgestellten Laborgeräten beeinflussen, darunter ein Arbitrary Waveform Generator (AWG), ein Phase Modulator, ein Intensity Modulator sowie weitere optische Komponenten.
Der Aufbau ermöglichte es, gezielte Manipulationen am Quantensignal vorzunehmen und deren Auswirkungen auf die Quantum Bit Error Rate (QBER) zu beobachten.
Abb. 1. Versuchsaufbau für den Quantum Hackathon.
Der Hackathon brachte viele eindrucksvolle Momente hervor
Die Teams entwickelten kreative Ansätze, um das System herauszufordern.
Der direkte Vergleich zwischen Theorie und realem Verhalten des Systems sorgte für zahlreiche Aha-Effekte.
Die Teilnehmenden erfuhren aus erster Hand, warum Quantenkommunikation als zukunftssichere Technologie gilt: Jeder Angriff hinterlässt messbare Spuren.
Stimmen von Teilnehmenden
„
Trotz fehlender Vorkenntnisse gewann ich dank der Einführung und Vorträge ein solides Verständnis von QKD – und hoffe sehr, dass ihr auch künftig solch praxisnahe, persönlich betreute Hands-on-Hackathons anbietet.
„
„
Die Hackathon-Challenge basierte auf einem realistischen QKD-Szenario – einem Photon-Number-Splitting-Angriff – und zeigte, wie sich Imperfektionen von Lichtquellen ausnutzen lassen. Durch das Arbeiten an einem photonic Setup mit Lasern und Detektoren wurde das Zusammenspiel von Theorie und Experiment unmittelbar erfahrbar.
„
„
Der Quantum Hackathon am Fraunhofer IOF war für mich eine warmherzige und inspirierende Einführung in mein zukünftiges Forschungsfeld — an der Schnittstelle von Quantentechnologien und Cybersicherheit. Hervorragend organisiert, bereichernd und voller Freude. Ich hoffe sehr, diese Community bald wiederzutreffen. Vielleicht schon bei der nächsten Ausgabe!
„
Ausblick: Wie geht es weiter?