China setzt sich an die Spitze bei der Quanten-Kommunikations-Technologie

2000 Kilometer langer Backbone, Netzwerk für 242 Anwender in Betrieb genommen.
 
Chinas staatliche Nachrichtenagentur Xinhua hat vor zehn Tagen bekannt gegeben, dass der 2000 Kilometer lange Backbone für ein mit Quantentechnologie gesichertes Netzwerk, der Peking mit Schanghai verbindet, nun die Bedingungen erfülle, um in Betrieb genommen zu werden. Das Netzwerk soll dem Militär und der Regierung sowie Unternehmen wie Banken einen ultrasicheren Kommunikationskanal bieten. Einige Tage später folgte die Meldung, dass in der Stadt Jinan Chinas erstes kommerzielles Quantenkommunikations-Netzwerk in Betrieb genommen worden sei, das 242 Anwender verbindet. Wobei das Wort "kommerziell" vielleicht in China nicht ganz so verstanden wird, wie bei uns: Das Netz verbindet Anwender aus der kommunistischen Partei und der Regierung miteinander. Dieses Netz soll später an den oben erwähnten Backbone angeschlossen werden.
 
Damit dürfte China gegenwärtig weltweit führend auf dem Gebiet der durch Quantentechnologie gesicherten Kommunikation sein, weit vor den USA oder Europa, zumindest wenn es um die praktische Anwendung geht. Dies legt auch 'DataCenterKnowledge' in einem ausführlichen Artikel dar, in dem viele Experten zu Wort kommen. Darunter auch Renato Renner, Professor für Quantenphysik an der ETH Zürich: "Obwohl die grundlegende Technologie schon seit einigen Jahren existiert, ist es extrem schwierig, sie in einer Weise zu implementieren, die robust genug ist um sie für kommerzielle Anwendungen geeignet zu machen." Die aktuellen Durchbrüche, würden China klar an die Spitze des Gebiets setzen.
 
In China entwickelt sich schon ein Markt
Laut Thomas Jennewein, Physikprofessor an der Universität von Waterloo, wiesen entsprechende Netzwerke bisher höchstens ein halbes Dutzend Knoten auf. Das Swissquantum-Projekt in Genf beispielsweise, in dessen Rahmen zwischen 2009 und 2011 ein solches Netzwerk betrieben wurde, verband nur drei Endpunkte.
 
Die EU will ab dem kommenden Jahr rund eine Milliarde Euro in ein Flaggschiff-Technologieprojekt zur Förderung von Quantentechnologien stecken. Daran ist auch der Schweizer Quantenverschlüsselungspionier ID Quantique beteiligt. Greifbare Resultate sind aber erst in einigen Jahren zu erwarten.

Alexander Ling vom Zentrum für Quantentechnologie der Universität Singapur identifiziert einen Grund für den Vorsprung Chinas. Dort sei nämlich offensichtlich ein Markt für die Quanten-Schlüsselverteilungstechnologie entstanden, etwas, was es anderswo anscheinend noch nicht gebe. Chinesische Unternehmen seien deshalb nun daran, entsprechende kommerziell nutzbare Produkte zu entwickeln.
 
Quanten-Schlüsselverteilung
Das Wort Quantenkommunikation ist hier vielleicht etwas irreführend, beziehungsweise zu umfassend. Es geht um die die sogenannte Quanten-Schlüsselverteilung (Quantum Key Distribution): An sich normale verschlüsselte Kommunikation, bei der aber die kryptographischen Schlüssel mittels Quantentechnologie zwischen Sender und Empfänger ausgetauscht werden.
 
Gegenwärtig wird verschlüsselte elektronische Kommunikation hauptsächlich durch asymmetrische Schlüssel nach dem Private Key/Public Key-Prinzip durchgeführt. Der Vorteil: Zumindest der private Schlüssel muss zur Kommunikation nicht hin- und hergeschickt werden, er bleibt immer bei seinem Besitzer. Eine Nachricht wird mit dem öffentlichen Schlüssel verschlüsselt, und kann dann nur vom Besitzer des entsprechenden privaten Schlüssels entschlüsselt werden.
 
Der Nachteil: Asymmetrische Schlüssel sind kryptographisch gesehen prinzipiell weniger sicher als symmetrische Schlüssel. Letztere aber müssen zwischen Sender und Empfänger ausgetauscht werden, damit sie kommunizieren können. Eine grundlegende Schwachstelle, denn auf diesem Weg könnten sie abgefangen werden.
 
Quantengesicherte Kommunikation gegen Quantenapokalypse
Hier kommt aber nun die Quantentechnologie ins Spiel. Bei der Quantum-Key-Distribution-Technologie wird die Information zum Schlüssel in bestimmten Quantenzuständen von Photonen codiert. Wenn nun ein Angreifer die Schlüssel abhören will, muss er diese Zustände messen. Und genau dies ist nach einem grundlegenden quantenphysikalischen Prinzip nicht möglich, ohne die Zustände zu beeinflussen beziehungsweise durch die Messung erst festzulegen. Das ist das Prinzip, das Erwin Schrödinger mit seinem berühmten Gedankenexperiment von der Katze in der Box illustrieren wollte.
 
Wenn eine geeignete Kombination von Zuständen zur Codierung der Schlüssel gewählt wird, ist eine Messung auf dem Übertragungsweg vom Empfänger zweifelsfrei feststellbar und der Schlüssel wird verworfen. Gibt’s es Anzeichen für eine Messung kann man dagegen absolut sicher sein, dass der Schlüssel geheim geblieben ist.
 
Die grosse Nachfrage nach dieser Technologie, auch ausserhalb von China, könnte dann entstehen, wenn auch praktisch nutzbare Quantencomputer auf den Markt kommen und damit die kryptographische "Quantenapokalypse" droht. Denn Quantencomputer könnten herkömmliche Verschlüsselungs- und Schlüsseltauschverfahren in Windeseile obsolet machen. (Hans Jörg Maron)