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Quantenkryptographie – das erste abhörsichere Quantennetzwerk mit 4 Teilnehmern

V.l.n.r.: Chinas Botschafter Li Xiaosi, der Rektor der Uni Wien, Heinz W. Engl, ÖAW-Präsident Anton Zeilinger und Physiker Rupert Ursin bei der ersten Quantenkommunikation mit vier Teilnehmern. (Foto: dpa)

Eine abhörsichere Kommunikation im Internet – die Quantenkryptographie will das ermöglichen. Noch ist das Zukunftsmusik. Doch Wissenschaftler aus Österreich haben eine Hürde überwunden.

Österreichische Forscher haben nach eigenen Angaben einen entscheidenden Schritt zur abhörsicheren Kommunikation im Internet erreicht: Dem Team ist es erstmals gelungen, vier Teilnehmer in einem Netzwerk mit Quantenverschlüsselung so zu verbinden, dass jeder mit jedem abhörsicher kommunizieren konnte. Die Wissenschaftler um Rupert Ursin vom Wiener Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften stellen ihre Netzwerkarchitektur im britischen Fachblatt Nature vor. Da sich die Zahl der Teilnehmer einfach erweitern lasse, könne das Verfahren einer breiten Anwendung der sogenannten Quantenkryptographie im Internet den Weg ebnen, meinen die Forscher.

Quantenkryptographie verspricht physikalisch abhörsichere Kommunikation

Die Quantenkryptographie verspricht eine aus physikalischen Gründen abhörsichere Kommunikation. Dafür nutzt sie ein Phänomen der Quantenphysik, nach deren Regeln zwei Teilchen einen gemeinsamen Zustand bilden können, auch wenn sie anschließend über weite Entfernungen getrennt werden. In diesem Zustand der Verschränkung sind die Eigenschaften der beiden individuellen Teilchen unbestimmt. Wird dann bei einem der beiden Teilchen eine Eigenschaft wie beispielsweise die Schwingungsrichtung gemessen, nimmt das andere Teilchen augenblicklich eine korrespondierende Eigenschaft an, und die Verschränkung endet.

„Damit ist gezeigt, dass Quantennetzwerke Realität werden können – für jedermann.“

Auf diese Weise ist es möglich, abhörsicher Schlüssel bei Sender und Empfänger zu erzeugen. Da zu diesem Zweck nur einzelne Lichtteilchen (Photonen) ausgetauscht werden, kann der Schlüssel nicht abgefangen werden – denn nach den Gesetzen der Quantenphysik ist es unmöglich, den Quantenzustand eines einzelnen Lichtteilchens ohne Fehler zu kopieren. Ein Lauscher kann seine Anwesenheit daher nicht verschleiern und würde sich sofort verraten. Die verschlüsselte Nachricht wird dann auf klassischem Weg ausgetauscht.

Abhörsichere Quantenkryptographie war bisher nur mit 2 Teilnehmern möglich

Bisher ließen sich auf diese Weise nach Angaben der Forscher meist jedoch nur zwei Teilnehmer mit einer garantiert abhörsicheren Leitung verbinden. Weitere Verbindungen seien kompliziert, fehleranfällig und mit Kommunikationseinschränkungen behaftet. Das Team versorgte nun vier Teilnehmer aus einer zentralen Quelle mit verschränkten Photonen, so dass alle vier miteinander kryptographische Schlüssel erzeugen und für eine abhörsichere Kommunikation verwenden konnten.

„Ein entscheidender Vorteil dieser Architektur ist ihre Flexibilität“, betont Ursin in einer Mitteilung der Akademie. „Wir sind damit in der Lage, neue Kommunikationspartner in das Quantennetzwerk zu integrieren – und zwar mit lediglich minimalen Eingriffen. Damit ist gezeigt, dass Quantennetzwerke Realität werden können – für jedermann.“ dpa

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