Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS hat mit Q-Dice einen Hochleistungs-Quanten-Zufallszahlengenerator vorgestellt, der echte Zufälligkeit mit Bitraten von über 4 Gbit/s liefert. Das System gewinnt seine Entropie aus Quanten-Vakuumfluktuationen und eignet sich damit besonders für sicherheitskritische Anwendungen – darunter zunehmend auch die Labormedizin.

Im Gegensatz zu klassischen pseudozufälligen Generatoren basiert Q-Dice auf physikalisch unvorhersagbaren Quanteneffekten. Die Qualität der erzeugten Zufallszahlen wurde nach den strengen Kriterien des Bundesamts für Informationssicherheit (BSI AIS 20/31) sowie der NIST SP 800-22 Test-Suite validiert. Das System erreicht die EAL3-Zertifizierung und die PTG-3-Einstufung.

Potenzielle Anwendungen in der Labormedizin

In hochregulierten Laborumgebungen gewinnt echte Zufälligkeit zunehmend an Bedeutung:

• Sichere Verschlüsselung sensibler Patientendaten: Generierung kryptografisch starker Schlüssel für die verschlüsselte Speicherung und Übertragung von Laborbefunden, genetischen Daten und personenbezogenen Gesundheitsinformationen.
• Schutz vor Cyberangriffen: Sichere Authentifizierung und Zugriffssteuerung in Labor-Informations-Management-Systemen (LIMS) sowie bei der Anbindung an Krankenhausinformationssysteme.
• Randomisierung in klinischen Studien und Qualitätskontrollen: Echte Zufallszahlen für randomisierte Probenahmen, Blindtests, Validierungsverfahren und statistische Qualitätssicherung.
• KI- und Big-Data-Anwendungen: Sichere Trainingsdatensätze und reproduzierbare, aber kryptografisch abgesicherte Randomisierung bei der Entwicklung und Validierung von KI-Modellen in der Diagnostik.
• Sichere Kommunikation zwischen Laboren: Quantensichere Schlüssel für die Übertragung von Befunden zwischen dezentralen Laborstandorten und Kooperationspartnern.

Das Fraunhofer IPMS bietet Q-Dice sowohl als 19-Zoll-Rack-Hardwarelösung für den On-Premises-Einsatz in Rechenzentren als auch als Online-Entropy-as-a-Service-Plattform an. Die Hardware erreicht eine Zufallsbitrate von 4,1 Gbit/s und ist mit 10-Gbit/s-Ethernet ausgestattet.

Dr. Alexander Noack, Bereichsleiter Data Communication & Computing am Fraunhofer IPMS, erklärte, dass Q-Dice hochwertige Quanten-Zufälligkeit praktisch nutzbar mache und die Hürden für quantenbasierte Sicherheit deutlich senke. Das Institut lade Partner aus der Labormedizin ein, die Technologie zu testen und gemeinsam anwendungsspezifische Lösungen zu entwickeln.

Mit Q-Dice steht der Labormedizin erstmals eine skalierbare, zertifizierte Quelle für echte Quanten-Zufälligkeit zur Verfügung – ein wichtiger Baustein für die sichere Digitalisierung und den Schutz sensibler Gesundheitsdaten.

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

Gender-Hinweis. Die in diesem Text verwendeten Personenbezeichnungen beziehen sich immer gleichermaßen auf weibliche, männliche und diverse Personen. Auf eine Doppel/Dreifachnennung und gegenderte Bezeichnungen wird zugunsten einer besseren Lesbarkeit verzichtet.