Quantenkryptographie macht Schritt in die Praxis

Das erste Quantennetzwerk mit vier Teilnehmern.
 
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 Quanten-Schlüsselaustausch so zu verbinden, dass jeder mit jedem abhörsicher kommunizieren konnte.
 
Bisherige Netzwerke, bei denen kryptographische Schlüsse durch Quantentechnologie ausgetauscht werden, haben zwar auch mehrere Knotenpunkte. Den aktuellen Rekord hält unseres Wissens nach China mit einem Netzwerk für 242 Teilnehmer. Die Verbindungen zwischen den Knoten sind aber jeweils Eins-zu-Eins-Verbindungen.
 
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 Quantenkryptographie im Internet den Weg ebnen, meinen die Forscher.
 
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.
 
Wenn eine geeignete Kombination von Zuständen zur Codierung der Schlüssel gewählt wird, ist eine Messung auf dem Übertragungsweg zum Empfänger zweifelsfrei feststellbar und der Schlüssel wird verworfen. Gibt es keine Anzeichen für eine Messung kann man dagegen absolut sicher sein, dass der Schlüssel geheim geblieben ist.
 
Die verschlüsselte Nachricht wird dann auf klassischem Weg ausgetauscht.
 
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 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." (hjm/sda)