Quantenkryptografie – Geheimcode im Laserblitz

| Autor / Redakteur: Roland Wengenmayr / Benjamin Kirchbeck

Empfangsbereit: Bettina Heim und Christian Peuntinger präparieren den Empfänger Bob, der im Informatikgebäude der Universität Erlangen-Nürnberg aufgebaut ist, für das Experiment.
Empfangsbereit: Bettina Heim und Christian Peuntinger präparieren den Empfänger Bob, der im Informatikgebäude der Universität Erlangen-Nürnberg aufgebaut ist, für das Experiment. (Bild: Axel Griesch)

Die NSA und andere Geheimdienste können unsere Kommunikation künftig womöglich nicht mehr unbemerkt abgreifen – zumindest wenn die Quantenkryptografie breite Anwendung findet. Ein Team am Max-Planck-Institut schafft die Grundlagen, um kryptografische Schlüssel auch über Satelliten abhörsicher zu verteilen.

Was im Dachgeschoss des Max-Planck-Instituts für die Physik des Lichts steht, dürfte Geheimdiensten eher nicht gefallen. Das vor uns aufgebaute Experiment dient der einzigen Methode, mit der man zuverlässig abhörsicher kommunizieren kann. Dafür nutzt die Quantenkryptografie, wie diese Technik enigmatisch heißt, gezielt die Quantenphysik aus. Es gibt sogar schon kommerzielle Systeme auf dem Markt, doch noch steckt die Technik in den Kinderschuhen. Noch ist sie weit davon entfernt, eine weltumspannende Kommunikation zu ermöglichen.

Als erstes Forschungsteam der Welt können die Forscher aus Erlangen besonders empfindliche Quanteninformation am helllichten Tag durch flimmernde, schlierige und dunstige Luft schicken. Sie kommen daher ohne Glasfaserkabel aus, die für die weltweite Quantenkommunikation noch nicht geeignet sind.

Wir stehen neben der Sendestation, die traditionell Alice heißt, weil A wie Alice mit B wie Bob kommuniziert. Bettina Heim deutet durch die Öffnung vor uns auf das Informatikgebäude der Erlanger Universität, das am Horizont im Dunst des sonnigen Februarnachmittags schwimmt. Dort, in 1,6 Kilometern Entfernung, befindet sich die Empfängerstation Bob.

Mit bloßem Auge ist sie nicht auszumachen. Bob sammelt mit seiner 15 Zentimeter großen Teleskoplinse das von Alice ankommende Laserlicht ein und fokussiert es in einen Empfänger. Selbst unter so diesigen Bedingungen wie im Augenblick funktioniere die Übertragung, erklärt Christian Peuntinger stolz. Der erfolgreiche Versuchsaufbau, den der Physiker mitentwickelt hat, wird derzeit für weitere Experimente umgerüstet.

Die härteste Prüfung für die Signalübertragung

Wir befinden uns in der Abteilung von Gerd Leuchs, einem der Gründungsdirektoren des fünf Jahre jungen Max-Planck-Instituts für die Physik des Lichts. „Die verschiedenen Gruppen in meiner Abteilung erforschen unterschiedliche Aspekte des Lichts“, erklärt Leuchs: „Und der Schwerpunkt von Christoph Marquardts Gruppe ist die Quanteninformationsverarbeitung, wozu die Quantenkryptografie gehört.“

Bettina Heim und Christian Peuntinger promovieren in dem Team. Marquardt macht deutlich, wie erstaunlich gut das Erlanger Experiment funktioniert – denn die damit versandte Quanteninformation ist hypersensibel. „Diese Übertragungsstrecke ist so ziemlich die härteste Prüfung für die Signalübertragung, die es gibt, weil sie sehr nahe am Boden entlangführt“, erklärt der Physiker: „Bäume, aufgeheizte Straßen und Gebäude sorgen für extrem störende Luftturbulenzen.“

Das hat Folgen: Der Laserstrahl blüht unterwegs auf gut 15 Zentimeter Durchmesser auf. „Ohne diese Störungen wären es nur vier Zentimeter“, sagt der Physiker. Auch die besondere Qualität des Laserlichts leidet. Es zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichtwellen der einzelnen Lichtquanten, Photonen, im Gleichtakt laufen. Deshalb besitzt ungestörtes Laserlicht saubere Wellenfronten – wie die Kämme schön parallel laufender Meereswellen. „Aber die Luftturbulenzen verzerren diese Wellenfronten“, erklärt Marquardt: „Und das ist auch schlecht für die mittransportierte Quanteninformation.“

Doch das Team in der Abteilung von Gerd Leuchs hat einen smarten Weg gefunden, die Quanteninformation so gut geschützt im Laserlicht zu verpacken, dass sie diese Verzerrungen übersteht. Wie das genau funktioniert, wird uns im Lauf des Nachmittags noch beschäftigen. Hier, mit Blick aus dem kleinen Fenster in die Februarsonne, macht Bettina Heim auf einen weiteren Vorteil ihres Ansatzes aufmerksam. Den Erlangern gelang es, die Quanteninformation erstmals relativ starken Laserblitzen aufzuprägen.

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Schreiben Sie uns hier Ihre Meinung ...
(nicht registrierter User)

Kommentar abschicken
copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 44852689 / Technologie & Forschung)