Übertragung geheimer Botschaften mittels Quantenkryptografie wird sicherer - wissenschaft.de
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Übertragung geheimer Botschaften mittels Quantenkryptografie wird sicherer

Einem französisch-belgischen Forscherteam ist es gelungen, mit einem aus einigen hundert Lichtteilchen bestehendem Laserstrahl Geheimbotschaften zu übertragen. Sie konnten zeigen, dass ihr Verfahren prinzipiell abhörsicher ist. Im Fachmagazin Nature (Bd. 421, S. 238) stellen sie ihr Experiment vor.

Die Quantenkryptografie bedient sich einer grundlegenden Eigenschaft der Quantenmechanik, des so genannten „Kollapses der Wellenfunktion“. Führt man an einem quantenmechanischen System eine Messung durch, dann verändert diese Messung in der Regel den Zustand des Systems. Während ein Spion eine normale Funkübertragung abhören könnte, ohne sich bemerkbar zu machen, ist dies bei quantenkryptografischen Übertragungen nicht möglich. Jeder Abhörversuch verändert den übertragenen Code und kann deshalb entdeckt werden.

Bisher hatte man in der Quantenkryptografie die Information vorwiegend mit den Spins der Lichtteilchen übertragen. Der Spin ist das quantenmechanische Gegenstück zum Drehimpuls. Er kann die beiden Zustände „Up“ und „Down“ annehmen und eignet sich deshalb zur Codierung eines Bits an Information, indem man dem einen Zustand die Null und dem anderen die Eins zuordnet.

Doch dabei gibt es einen kritischen Punkt: Macht man die einzelnen Lichtpulse stärker, damit sie größere Entfernungen überwinden können, dann geht man das Risiko ein, statt eines, zwei Lichtteilchen mit identischem Spin zu erzeugen. In diesem Fall besteht die Gefahr, dass ein Spion eines der beiden Teilchen unbemerkt abfängt. Der rechtmäßige Empfänger, der von dem zweiten Teilchen nichts weiß, würde keinen Abhörversuch feststellen können.

Statt der beiden diskreten Spinzustände eines Photons benutzen Frédéric Grosshans vom französischen Wissenschaftszentrum CNRS und seine Kollegen zur Speicherung der Information die kontinuierlichen Vektorkomponenten des elektrischen Feldes eines aus einigen hundert Photonen bestehenden Laserstrahls. Sie konnten bei einer verlustfreien Übertragung 1,7 Millionen Bit pro Sekunde versenden. Bei einer Verlustrate von 50 Prozent gelang ihnen immerhin noch die Übermittlung von 75.000 Bit pro Sekunde. Zum Vergleich: Jeder der beiden Kanäle eines ISDN-Anschlusses überträgt maximal 64.000 Bit pro Sekunde.

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Außerdem wiesen die Forscher nach, dass ein Spion auch mit einem „optimalen Zustandskloner“ nicht in den Besitz der übertragenen Information gelangen kann. Zur Erklärung: Der Spion könnte versuchen, die übertragene Information zu kopieren statt sie sofort abzulesen. Exakte Kopien sind zwar nach dem No-Cloning-Theorem der Quantenmechanik nicht möglich, jedoch könnte der Spion mit Hilfe nicht exakter Kopien in den Besitz eines Teils der Information gelangen. Doch auch das können Grosshans und seine Kollegen bei ihrem Verfahren ausschließen.

Axel Tillemans
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