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Quantenkryptografie – die Zukunft der abhörsicheren Datenübertragung?

Quantenkryptografie

Nicht erst seit der NSA-Affäre ist die Suche nach einer Möglichkeit, Daten abhörsicher zu übertragen, ein weites Forschungsgebiet. Schon vor einiger Zeit gelang es Wissenschaftlern, die an diesem Problem arbeiten, Informationen mit Hilfe eines Quantenzustands zu übermitteln – sie benutzten dazu verschränkte Photonen (Lichtteilchen).

Nun wird es etwas merkwürdig, aber das passiert manchmal, wenn man es mit Physikern zu tun hat, die sich ja selbst als einzige echte Esoteriker bezeichnen. Was verschränkte Teilchen miteinander anstellen können ist nicht einfach zu glauben – auch Albert Einstein hatte seine Probleme damit, er hat den Effekt als „spukhafte Fernwirkung“ verspottet.

Betrachten wir zwei miteinander verschränkte Elektronen. Ein Elektron hat immer einen Drehimpuls, den sogenannten Spin. Nimmt man unsere beiden Elektronen (mit gegenläufigem Spin), entfernt sie voneinander und kehrt den Spin des einen Elektrons um, so kehrt sich der Drehimpuls des anderen Elektrons ebenfalls um – im selben Moment, ohne ein messbares Signal, ohne messbare Zeitverzögerung und unabhängig von der Entfernung. Kaum glaubhaft? Ist aber wahr.

Der Wiener Physikprofessor Anton Zeilinger und sein Team benutzten diesen quantenphysikalischen Effekt, der mit den uns geläufigen physikalischen Vorstellungen nicht zu erklären ist, auf interessante Weise. Sie verschränkten zwei Photonen, sodass sie einen gemeinsamen Quantenzustand bildeten. Eines der beiden Photonen schickten Sie von La Palma 143 Kilometer weit weg nach Teneriffa. Das in La Palma verbliebene Photon wurde nun mit einem weiteren Lichtteilchen verschränkt, dessen Quantenzustand die Information trägt, die übermittelt werden soll – ganz klassisch die 0 oder die 1. Der Quantenzustand des dritten Teilchens löst sich bei der Verschränkung auf und geht auf das nach Teneriffa übertragene Teilchen über, das so zu einer exakten Kopie des Informationsteilchens wird. Salopp gesagt wurde die Information einfach „gebeamt“. Das Abfangen der Information soll bei diesem Übermittlungsverfahren nicht mehr möglich sein.

Dass in Quantenkommunikation, Quantenkryptografie und Quantencomputing große Hoffnungen gesetzt werden zeigt die Diskussion über eine Milliarde Euro an Forschungsgeldern, die die EU nach dem Wunsch von 3400 Vertretern aus Wissenschaft und Wirtschaft zur Verfügung stellen soll. Währenddessen ist Professor Zeilinger schon weiter: Zusammen mit der chinesischen Akademie der Wissenschaften hat er die QUESS-Mission ins Leben gerufen. Der Erfolg spricht für sich: In Jiuquan startete am 16 August der erste Satellit ins All, der die Möglichkeiten der Quantenverschlüsselung via Satellit erforschen soll.

Bildquelle: Fabrizio Carbone/EPFL / wikimedia  – Lizenz: CC4