10.03.2007 - Physik

Rekord bei drahtloser Quantencode-Übertragung

Ein österreichisches Forscherteam hat einen nach quantenphysikalischen Prinzipien verschlüsselten Code von der Kanareninsel La Palma zur 144 Kilometer entfernten Insel Teneriffa geschickt. Als Träger des Codes dienten einzelne Lichtteilchen, so genannte Photonen. Mit der Übertragung erprobten die Wissenschaftler um Anton Zeilinger von der Universität Wien, wie verschlüsselte Informationen künftig drahtlos auch über weite Distanzen übermittelt werden könnten. Bisher funktionierten solche Übertragungen über vergleichbar große Entfernungen nur durch Glasfaserkabel. Die Technik könnte überall da interessant sein, wo Daten abhörsicher übermittelt werden müssen, beispielsweise beim Online-Banking.

Das Team um Zeilinger, der in der Vergangenheit immer wieder mit spektakulären Experimenten zur Verschlüsselung von Codes von sich reden gemacht hat, arbeitet mit der so genannten quantenmechanischen Verschränkung von Photonen. Die Wissenschaftler erzeugen dabei ein Paar von Photonen und trennen diese voneinander. Aufgrund quantenphysikalischer Effekte können die beiden getrennten Partner jedoch nicht unabhängig voneinander betrachtet werden, sondern sind durch eine "spukhafte Fernwirkung" – wie es Albert Einstein ausdrückte – miteinander verbunden. Wird der Zustand des einen Teilchens verändert, so beeinflusst dies unmittelbar auch den Zustand des anderen.

Dieses Prinzip der Verschränkung nutzen die Wissenschaftler zur Absicherung der übertragenen Codes. Ein Photon bleibt dabei beim Sender, ein anderes wird zum Empfänger geschickt. Die Information wird in Form der räumlichen Ausrichtung der Photonen transportiert, der so genannten Polarisation. Ist nun das eine Photon auf dem Weg zum Empfänger einem Lauschangriff ausgesetzt, so verändert dies nicht nur dessen Polarisation, sondern wegen der Verschränkung auch die des Photons beim Sender. So kann dieser den Angriff rechtzeitig erkennen und die Übertragung des Codes abbrechen.

Bisher sind die auf dem Luftweg übertragenen Datenmengen allerdings noch sehr gering, da viele Photonen durch Streuung mit Luftmolekülen nicht unversehrt beim Empfänger ankommen. So lag die Übertragungsrate im Experiment bei lediglich 178 Bits in 75 Sekunden. Ein Bit ist die kleinste mögliche Informationseinheit, beispielsweise die Information, ob ein Schalter auf An oder auf Aus steht. Moderne DSL-Verbindungen arbeiten millionenfach schneller. Doch die Forscher werten das Experiment dennoch als Erfolg, zumal sie sich zunächst überhaupt nicht sicher waren, ob Photonen auf solche Strecken überhaupt zur Übertragung verwendet werden können.


Nature, Onlinedienst, DOI 10.1038/news070305-12


Originalarbeit: Beitrag auf der Konferenz der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft, Denver

ddp/wissenschaft.de – Ulrich Dewald