Früher wurde am Abend der Router ausgeschaltet. Keine Datenübertragungen in der Nacht. Manch einer stellte sogar sein Handy ab. Aber die gefühlten Vorzüge des durchgehenden Online-Seins und die Bequemlichkeit im Umgang mit unseren technischen Geräten hat viele Menschen die Vorsicht vor der Datenübertragung vergessen lassen.
Videotelefonie über Skype, Slack oder Hangout gehören für viele zum (Arbeits-)Alltag. Datenskandalen bei Facebook oder Whatsapp folgt meist eine nur kurze Aufregung, immerhin ein paar Nutzer wandern zu Threema oder Jitsi, die eine verschlüsselte Kommunikation anbieten. Eine solche kryptographische Verschlüsselung könnte künftig aber auch mit Quanten möglich sein.
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.
Ein internationales Forscherteam um Rupert Ursin vom Wiener Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften hat das nun ausgenutzt, um ein solches Quantennetzwerk aufzubauen. Dessen Architektur stellen sie im britischen Fachblatt „Nature“ vor.
Lauscher fliegen auf
Die getrennten Teilchen haben in ihrem Zustand der Verschränkung nur unbestimmte Eigenschaften. Wird aber 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.
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.
Endlich mehrere Teilnehmer
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.
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.
„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.“