{"id":33790,"date":"2026-05-05T09:00:00","date_gmt":"2026-05-05T07:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/fmd-insight.de\/?p=33790"},"modified":"2026-05-20T10:45:07","modified_gmt":"2026-05-20T08:45:07","slug":"quantenkommunikation-qkd","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/news\/interviews\/quantenkommunikation-qkd\/","title":{"rendered":"Quantenkommunikation zwischen Labor und Anwendung<\/strong> | \u00dcber Fortschritte beim Quantenschl\u00fcsselaustausch"},"content":{"rendered":"\n
©<\/span>Adobe Stock | Vitte Yevhen <\/div><\/div><\/div>\n
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Im Interview: Dr. Nino Walenta und Stephanie Renneke vom Fraunhofer HHI<\/strong><\/p>\n<\/div><\/div><\/div> \n <\/div>\n\n \n <\/div>\n\n\n

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Mit dem Aufkommen von Quantencomputern werden heutige Verschl\u00fcsselungsverfahren angreifbar, da zentrale Sicherheitsannahmen der Kryptografie ausgehebelt werden k\u00f6nnen. Um den Schutz von Daten und deren \u00dcbertragung dennoch zu gew\u00e4hrleisten, braucht es Ans\u00e4tze, die nicht auf Rechenaufwand, sondern auf physikalischen Prinzipien beruhen. Genau hier setzt die Quantenkommunikation und insbesondere der Quantenschl\u00fcsselaustausch an. Forschende am Fraunhofer HHI<\/a> wollen die Technologie aus dem Labor in die praktische Anwendung \u00fcberf\u00fchren und f\u00fcr den Einsatz in realen Kommunikationsnetzen nutzbar machen. Im Interview geben Stephanie Renneke [SR] und Nino Walenta [NW] Einblicke in den aktuellen Stand und zeigen anhand konkreter Experimente wie nah die Technologie bereits an der Praxis ist.<\/strong><\/p>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n <\/div>\n\n\n

Herr Walenta [NW], Frau Renneke [SR], Sie arbeiten beide am Fraunhofer HHI im Bereich Quantenkommunikation in der Abteilung \u00bbPhotonische Netze und Systeme\u00ab. Wie genau sieht Ihr Aufgabengebiet aus?<\/p>\n<\/div>

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[NW]: Wir besch\u00e4ftigen uns ma\u00dfgeblich mit optischer Freistrahlkommunikation und Quantenkommunikation, insbesondere im Bereich des Quantenschl\u00fcsselaustauschs.<\/p>\n

Ich leite hier eine der Forschungsgruppen und bin zudem als Leiter in verschiedenen Projekten t\u00e4tig, die sich mit der Entwicklung und dem Einsatz von Quantenschl\u00fcsselaustauschsystemen besch\u00e4ftigen. Dabei geht es sowohl um neue technologische Ans\u00e4tze als auch darum, diese Systeme gemeinsam mit Partnern in realen Anwendungen zu testen und weiterzuentwickeln.<\/p>\n

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[SR]: Ich bin vor allem im Bereich Software und Systemimplementierung aktiv. Ein Schwerpunkt meiner Arbeit ist die Entwicklung von Algorithmen f\u00fcr unsere Quantum Key Distribution-Systeme (QKD). Unter anderem habe ich ein Verfahren mitentwickelt, das die zeitliche Synchronisation von Sender und Empf\u00e4nger ohne zus\u00e4tzlichen Synchronisationskanal erm\u00f6glicht, indem das Uhrensignal auf der Empf\u00e4ngerseite aus den zeitlich kodierten Qubits zur\u00fcckgewonnen wird.<\/p>\n

Aktuell bin ich au\u00dferdem stark in die praktische Erprobung eingebunden. Das hei\u00dft, ich teste unsere Systeme im Feld, setze sie in unterschiedlichen Umgebungen ein und evaluiere ihre Leistungsf\u00e4higkeit.<\/p>\n<\/div>

Schauen wir uns zun\u00e4chst einmal ein paar Grundlagen zum Thema an. Worum geht es in der Quantenkommunikation und warum gilt sie als Schl\u00fcsseltechnologie f\u00fcr sichere Kommunikation der Zukunft?<\/p>\n<\/div>

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[NW]: Ganz allgemein geht es in der Quantenkommunikation darum, die Gesetze der Quantenphysik zu nutzen, um neue Funktionalit\u00e4ten in der Informations\u00fcbertragung zu erm\u00f6glichen. Konkret besch\u00e4ftigen wir uns dabei mit dem Quantenschl\u00fcsselaustausch (QKD), bei dem es um die sichere Erzeugung und \u00dcbertragung kryptografischer Schl\u00fcssel geht. Ein Aspekt, der in der Daten- und Informations\u00fcbertragung zuk\u00fcnftig von gro\u00dfer Bedeutung sein wird.<\/p>\n

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[SR]: Der Hintergrund ist, dass klassische Verschl\u00fcsselungsverfahren auf mathematischen Problemen basieren, die mit heutigen Computern nur schwer zu l\u00f6sen sind. Mit der Weiterentwicklung von Quantencomputern k\u00f6nnte sich das jedoch \u00e4ndern. Deshalb braucht es neue Ans\u00e4tze, die nicht auf Rechenaufwand beruhen, sondern auf physikalischen Prinzipien.<\/p>\n<\/div>

Worin genau unterscheidet sich der Quantenschl\u00fcsselaustausch von klassischen Verschl\u00fcsselungsverfahren?<\/p>\n<\/div>

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[SR]: Zun\u00e4chst ist wichtig zu verstehen, dass QKD kein Verschl\u00fcsselungsverfahren im engeren Sinne ersetzt. Die eigentliche Verschl\u00fcsselung erfolgt weiterhin mit etablierten kryptografischen Methoden. QKD k\u00fcmmert sich vielmehr um einen vorgelagerten Schritt, n\u00e4mlich die sichere Erzeugung und Verteilung der daf\u00fcr ben\u00f6tigten Schl\u00fcssel. Da Quantenkommunikation auf physikalischen Prinzipien beruht, bedeutet dies, dass sich Quantenzust\u00e4nde (zum Beispiel einzelne Photonen, die Information tragen) nicht messen lassen, ohne sie dabei zu ver\u00e4ndern. Versucht also ein Angreifer, diese Photonen w\u00e4hrend der \u00dcbertragung auszulesen, hinterl\u00e4sst er zwangsl\u00e4ufig Spuren im System. Diese Ver\u00e4nderungen k\u00f6nnen beim Austausch der Schl\u00fcssel erkannt werden, sodass Sender und Empf\u00e4nger feststellen, ob die Kommunikation abgeh\u00f6rt wurde. Genau das erm\u00f6glicht ein neues Sicherheitsniveau.<\/p>\n

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[NW]: Zusammengefasst bedeutet das: Anstatt sich auf mathematische Annahmen zu verlassen, basiert der Schl\u00fcsselaustausch auf fundamentalen physikalischen Gesetzen. Nach unserem heutigen Verst\u00e4ndnis gelten diese auch langfristig und unabh\u00e4ngig von zuk\u00fcnftigen technologischen Entwicklungen, etwa durch Quantencomputer. Und Langzeitsicherheit ist nat\u00fcrlich unser erkl\u00e4rtes Ziel. Wir wollen sicherstellen, dass sensible Daten nicht nur heute, sondern auch in vielen Jahren noch gesch\u00fctzt sind.<\/p>\n<\/div>

Welche Komponenten und Technologien werden f\u00fcr diese Art der Quantenkommunikation ben\u00f6tigt?<\/p>\n<\/div>

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[SR]: Grunds\u00e4tzlich greifen wir in vielen Bereichen auf Technologien zur\u00fcck, die auch in der klassischen optischen Kommunikation verwendet werden. So z. B. auf Glasfaser oder auch auf Freistrahlverbindungen, bei denen Daten \u00fcber eine optische Strecke durch die Luft \u00fcbertragen werden.<\/p>\n

Entscheidend sind jedoch zus\u00e4tzliche Komponenten, die speziell f\u00fcr quantenphysikalische Anwendungen ben\u00f6tigt werden. Dazu z\u00e4hlen insbesondere Einzelphotonendetektoren und -quellen sowie sehr pr\u00e4zise und schnelle Laser. Diese Bauteile erm\u00f6glichen es, Information tats\u00e4chlich auf der Ebene einzelner Lichtteilchen zu erzeugen, zu \u00fcbertragen und auszuwerten \u2013 und damit die quantenmechanischen Effekte \u00fcberhaupt erst technisch nutzbar zu machen.<\/p>\n<\/div>

Worin liegen die zentralen Forschungsschwerpunkte der QKD-Arbeit am Fraunhofer HHI?<\/p>\n<\/div>

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[NW]: Ein Schwerpunkt unserer Arbeit liegt darin, Quantenkommunikation aus dem Labor in die Praxis zu \u00fcberf\u00fchren und die Systeme gemeinsam mit unseren Partnern aus der Industrie zu einer h\u00f6heren Anwendungsreife zu bringen sowie unter realen Bedingungen zu testen. Dabei ist die Zusammenarbeit mit Integratoren ein entscheidender Bestandteil. Durch den Austausch k\u00f6nnen wir Anforderungen fr\u00fchzeitig verstehen und direkt in die Systementwicklung einflie\u00dfen lassen. So stellen wir sicher, dass sich unsere L\u00f6sungen m\u00f6glichst nahtlos in bestehende Infrastrukturen einf\u00fcgen.<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n

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©<\/span>Fraunhofer Mikroelektronik<\/div><\/div>\n<\/div><\/div>\n

Grunds\u00e4tzlich besch\u00e4ftigen wir uns dabei sowohl mit der Entwicklung einzelner Komponenten \u2013 etwa den schon genannten Einzelphotonendetektoren, Einzelphotonenquellen oder auch verschr\u00e4nkten Photonenquellen \u2013 als auch mit der Entwicklung eigener Module, die wir gezielt f\u00fcr unsere Anwendungen optimieren und kontinuierlich weiterentwickeln k\u00f6nnen, und nat\u00fcrlich deren Integration in vollst\u00e4ndige Kommunikationssysteme. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Frage, wie sich diese Technologien zu im Feld einsetzbaren L\u00f6sungen zusammenf\u00fchren lassen.<\/p>\n

In unserer Forschungsgruppe arbeiten wir also gezielt an Systemen, die nicht nur leistungsf\u00e4hig, sondern auch robust und m\u00f6glichst nutzerfreundlich sind.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n\n

Was unterscheidet Ihren Ansatz von anderen Forschungsgruppen im Bereich Quantenkommunikation?<\/p>\n<\/div>

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[NW]: Die klare Ausrichtung auf praktische Anwendbarkeit. W\u00e4hrend in der Forschung h\u00e4ufig Aspekte wie maximale \u00dcbertragungsdistanzen oder Datenraten im Vordergrund stehen, beobachten wir in der Zusammenarbeit mit Anwender:innen, dass andere Faktoren oft entscheidender sind. Etwa die schon erw\u00e4hnte einfache Integration in bestehende Netzwerke oder die zuverl\u00e4ssige Nutzung im Betrieb.<\/p>\n

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[SR]: Wir besch\u00e4ftigen uns beispielsweise damit, wie sich klassische Daten\u00fcbertragung und Quantenkommunikation gemeinsam \u00fcber dieselbe Infrastruktur realisieren lassen, etwa durch Wellenl\u00e4ngenmultiplexing, bei dem mehrere optische Kan\u00e4le parallel \u00fcber eine Faser \u00fcbertragen werden. Dar\u00fcber hinaus betrachten wir auch alternative \u00dcbertragungswege, insbesondere die Freistrahlkommunikation, bei der Quantensignale nicht \u00fcber Glasfaser, sondern \u00fcber optische Freiraumstrecken durch die Luft \u00fcbertragen werden. Das ist insbesondere f\u00fcr flexible oder schwer zug\u00e4ngliche Verbindungen relevant.<\/p>\n

In diesem Bereich haben wir bereits verschiedene Experimente durchgef\u00fchrt, unter anderem zur stabilen Synchronisation ohne zus\u00e4tzlichen Referenzkanal. Dieses sogenannte referenzkanal- bzw. uhrenkanalfreie Synchronisationsverfahren tr\u00e4gt dazu bei, Systeme robuster und einfacher im Feld einsetzbar zu machen.<\/p>\n

Langfristig er\u00f6ffnet diese Arbeit Perspektiven f\u00fcr Anwendungen \u00fcber sehr gro\u00dfe Distanzen, die ein wichtiger Baustein zuk\u00fcnftiger Quantenkommunikationsnetzwerke sein k\u00f6nnten. Dazu geh\u00f6rt auch die Anbindung von Satellitenplattformen, um Quantenkommunikation \u00fcber sehr gro\u00dfe Entfernungen hinweg zu erm\u00f6glichen.<\/p>\n<\/div>

Welche Fortschritte konnten Sie bereits erzielen, die besonders vielversprechend f\u00fcr eine praxistaugliche Quantenkommunikation sind?<\/p>\n<\/div>

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[SR]: In den vergangenen Jahren haben wir mehrere gro\u00dfe Experimente durchgef\u00fchrt. Bei dem in Jena konnte unser System \u00fcber einen Freistrahl-Optiklink \u00fcber einen l\u00e4ngeren Zeitraum sein stabiles Verhalten und seine Funktionsweise demonstrieren.<\/p>\n

In Berlin haben wir gemeinsam mit Partnern wie dem Max-Planck-Institut, dem Fraunhofer IOF, der Bundesdruckerei und der Telekom ein Quantenkommunikationsnetzwerk aufgebaut. Dabei konnten wir zeigen, dass Quantenkommunikation bereits heute eine reife Technologie ist, etwa f\u00fcr Anwendungen wie die sichere \u00dcbertragung und Ausstellung verschl\u00fcsselter Beh\u00f6rdendokumente.<\/p>\n

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[NW]: Besonders wichtig war dabei die Erkenntnis, dass sich unsere Systeme in ihrer Funktionalit\u00e4t bereits sehr nah an klassischen Transceiver-Modulen der optischen Kommunikation bewegen. Sie lassen sich vergleichsweise einfach installieren und zuverl\u00e4ssig betreiben. Ist ein System einmal integriert, l\u00e4uft es stabil weiter, auch wenn einzelne Verbindungen getrennt oder Netzpfade ver\u00e4ndert werden. Die Systeme k\u00f6nnen flexibel \u00fcber verschiedene Faserstrecken geroutet werden und bleiben dabei funktionsf\u00e4hig. Diese Eigenschaften sind zentrale Alleinstellungsmerkmale, die wir in den vergangenen Jahren gezielt entwickelt haben, mit dem Ziel, den Aufwand f\u00fcr Endanwender:innen so gering wie m\u00f6glich zu halten.<\/p>\n

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[SR]: Diese Systemeigenschaften konnten wir zudem in diesem Jahr eindrucksvoll in einem weiteren Experiment in M\u00fcnchen testen. Dabei wurde unser Sendermodul in ein Flugzeug der Deutschen Luft- und Raumfahrt integriert und ein optischer Link zu einer Bodenstation am Max-Planck-Institut in Erlangen aufgebaut. Auch unter diesen sehr dynamischen und instabilen Bedingungen konnte sich das System zuverl\u00e4ssig synchronisieren und das Quantensignal schnell wieder stabilisieren\/zur\u00fcckgewinnen.<\/p>\n

Ein wichtiger Aspekt dabei ist, dass keine separate Clock-\u00dcbertragung mehr notwendig ist. Das System kann sich zeitlich selbst synchronisieren, was die Robustheit im praktischen Einsatz deutlich erh\u00f6ht.<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n

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Clock-Synchronisation in der Quantenkommunikation<\/h2>\n

In Quantenkommunikationssystemen m\u00fcssen Sender und Empf\u00e4nger zeitlich sehr pr\u00e4zise synchronisiert sein, um Quantensignale korrekt zu erzeugen, zu \u00fcbertragen und auszuwerten. Normalerweise erfolgt diese Synchronisation \u00fcber einen zus\u00e4tzlichen Referenzkanal (\u00bbClock-Kanal\u00ab), der parallel zur eigentlichen Daten\u00fcbertragung l\u00e4uft und eine gemeinsame Zeitbasis bereitstellt. Bei sogenannten uhrkanal- bzw. clock-freien Verfahren wird auf diesen zus\u00e4tzlichen Kanal verzichtet. Stattdessen wird die zeitliche Synchronisation direkt aus dem \u00fcbertragenen Quantensignal selbst oder aus den empfangenen Daten rekonstruiert. Das reduziert die Komplexit\u00e4t des Systems und kann die Robustheit erh\u00f6hen, insbesondere in realen Einsatzszenarien mit schwankenden \u00dcbertragungsbedingungen.<\/p>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n

Dass solche Experimente m\u00f6glich sind, liegt sicher auch an enger Vernetzung und gemeinsamen Infrastrukturen. Wie profitieren Sie in Ihrer Arbeit im Bereich der Quantenkommunikation von der Vernetzung innerhalb der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD)?<\/p>\n<\/div>

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[NW]: Durch die enge Verzahnung und Vernetzung mit anderen Kolleg:innen haben wir die M\u00f6glichkeit, gemeinsam Komponenten wie Einzelphotonendetektoren oder integrierte photonische Schaltkreise zu entwickeln und direkt in unseren Systemen zu testen.<\/p>\n

Ein besonderer Vorteil liegt darin, dass sich durch diese integrierten photonischen Plattformen neue Designs schnell iterieren und experimentell erproben lassen. So k\u00f6nnen wir neue Ans\u00e4tze kurzfristig validieren und perspektivisch in unsere Gesamtsysteme \u00fcberf\u00fchren. Dadurch wird es m\u00f6glich, die heute noch vergleichsweise komplexen und volumin\u00f6sen optischen Aufbauten deutlich zu miniaturisieren, mit dem langfristigen Ziel, kompakte, modular einsetzbare Systeme zu entwickeln, etwa in Form von steckbaren Einheiten.<\/p>\n<\/div>

Welche Vision haben Sie f\u00fcr die kommenden f\u00fcnf bis zehn Jahre f\u00fcr die Quantenkommunikation?<\/p>\n<\/div>

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[SR]: Aus gesellschaftlicher Sicht ist meine Vision, dass Quantenkommunikation und insbesondere QKD noch st\u00e4rker als relevante Schl\u00fcsseltechnologien wahrgenommen werden.<\/p>\n

Technologisch wird es zuk\u00fcnftig vor allem darum gehen, einzelne Komponenten wie Detektoren und Quellen weiterzuentwickeln und gleichzeitig an Themen wie Standardisierung sowie Zertifizierung zu arbeiten. Au\u00dferdem m\u00fcssen die aktuell noch vergleichsweise gro\u00dfen Systeme weiter miniaturisiert werden.<\/p>\n

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[NW]: Ich sehe die Entwicklung \u00e4hnlich. Aktuell existieren bereits viele Testsysteme und Demonstratoren, die sich in den kommenden Jahren weiter zu einem europ\u00e4ischen Quantenkommunikationsnetz entwickeln k\u00f6nnten. Langfristig k\u00f6nnte daraus ein Quanteninformationsnetzwerk entstehen, das nicht nur sichere Kommunikation erm\u00f6glicht, sondern auch andere Anwendungen integriert.<\/p>\n

Ich halte es f\u00fcr realistisch, dass sich die Entwicklung innerhalb der n\u00e4chsten zehn Jahre deutlich in diese Richtung bewegt.<\/p>\n<\/div>

Abschlie\u00dfend noch eine etwas pers\u00f6nlichere Frage: Was motiviert Sie an der Arbeit im Bereich Quantenkommunikation besonders?<\/p>\n<\/div>

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[SR]: Mich motiviert vor allem die gro\u00dfe Abwechslung in meiner t\u00e4glichen Arbeit. Jeden Tag stehen unterschiedliche Aufgaben an \u2013 von Softwareentwicklung und Implementierung bis hin zu praktischen Tests unserer Systeme. Hinzu kommt die Arbeit in einem Team, das gemeinsam Technologien entwickelt, die gesellschaftlich relevant sind, etwa im Bereich sicherer Kommunikation. Besonders spannend ist f\u00fcr mich, dass dieses Feld noch stark in der Entwicklung ist und dadurch viele Gestaltungsspielr\u00e4ume bietet.<\/p>\n

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[NW]: F\u00fcr mich ist es vor allem die Verbindung aus sehr grundlegenden Fragestellungen der Quantenphysik und konkreten Anwendungen in der Kommunikationstechnik. Diese Verbindung finde ich auch nach vielen Jahren Forschung weiterhin sehr spannend.<\/p>\n

Gleichzeitig ist unser Arbeitsbereich sehr vielf\u00e4ltig. Im Umfeld des Fraunhofer HHI kommen sehr unterschiedliche Kompetenzen zusammen, die in komplexen Systemen integriert werden m\u00fcssen. Genau diese interdisziplin\u00e4re Zusammenarbeit f\u00fchrt dazu, dass immer wieder neue L\u00f6sungen entstehen, und das macht die Arbeit besonders interessant.<\/p>\n

Wer sich also f\u00fcr Technologie interessiert, findet in der Quantenkommunikation ein sehr spannendes Feld. Es gibt bei uns viele M\u00f6glichkeiten, sich einzubringen und an der Weiterentwicklung dieser Technologie mitzuwirken. Interessierte sind daher ausdr\u00fccklich eingeladen, sich mit dem Thema zu besch\u00e4ftigen und in diesem Bereich weiter zu forschen.<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n

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©<\/span>Fraunhofer Mikroelektronik<\/div><\/div>\n <\/div>\n\n\n

Text von: Carolin Steinert<\/p>\n\n\n\n

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In diesem Interview mit Stephanie Renneke und Dr.Nino Walenta vom Fraunhofer HHI geht es um den Transfer der Quantenkommunikation aus der Forschung in reale Kommunikationsnetze. Die Expert:innen erl\u00e4utern, wie der Quantenschl\u00fcsselaustausch (QKD) langfristige Datensicherheit garantiert und welche Fortschritte bei der Systemintegration bereits erzielt wurden.<\/p>\n","protected":false},"author":144,"featured_media":33794,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":true,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[9],"tags":[],"class_list":["post-33790","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-interviews"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/33790","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/144"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=33790"}],"version-history":[{"count":8,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/33790\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":33803,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/33790\/revisions\/33803"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/33794"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=33790"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=33790"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=33790"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}