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Internet 4.0 : Hacker haben keine Chance mehr

Noch funktioniert das Quantennetzwerk nur in dem Labor der österreichischen Physiker um Robert Ursin. Bild: ÖAW/IQOQI

Das Abhören vertraulicher Nachrichten im Internet könnte bald ein Ende haben. Österreichischen Physikern ist der Aufbau einer absolut abhörsicheren Quantennetzes zwischen mehreren Teilnehmern gelungen.

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          Der Aufbau eines abhörsicheren Quanteninternets kommt voran. Nachdem im vergangenen Jahr gezeigt werden konnte, dass die Übertragung verschlüsselter Nachrichten über große Entfernungen per Satellit möglich ist, haben nun österreichische Forscher einen weiteren entscheidenden Schritt getan: Robert Ursin von der Universität Wien und seinen Kollegen ist es gelungen, ein stabiles quantenphysikalisch verschlüsseltes Netzwerk zwischen vier aktiven Teilnehmer aufzubauen. Jeder kann mit jedem über abhörsichere Datenleitungen kommunizieren, ohne dass ein unbefugter Lauscher eine Chance hätte, mitzuhören. Weil sich die Zahl der Teilnehmer einfach erweitern ließe, könne das Verfahren einer breiten Anwendung der Quantenkryptographie im Internet den Weg ebnen, schreiben die Forscher um Ursin in der Zeitschrift „Nature“.

          Manfred Lindinger
          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Die Quantenkryptographie verspricht aus quantenphysikalischen Gründen eine abhörsichere Kommunikation. Die Forscher um Ursin nutzen für ihr Experiment das Phänomen der Quantenverschränkung, das Albert Einstein einst als spukhafte Fernwirkung bezeichnete. Dabei handelt es sich um eine ureigene Eigenschaft der Quantenphysik. Ändert sich etwa die Polarisationsrichtung eines Lichtteilchens an einem Ort, so ändert sich unmittelbar darauf, der Polarisationszustand des verschränkten Partners am anderen Ort.

          Bei der Quantenkryptographie übermittelt man nun den verschlüsselten Code mit Hilfe von Paaren stark verschränkter Lichtteilchen, die sich Sender und Empfänger teilen. Versucht ein Spion die Eigenschaft eines Photons zu messen, bevor dieses den Empfänger erreicht hat, kann das der Sender sofort erkennen. Denn der Partner des angezapften Lichtteilchens verändert sofort seine Eigenschaften. Der Lauschangriff ist enttarnt. Die beiden Kommunikationspartner generieren daraufhin einen neuen Schlüssel.

          Lichtquanten spuken zwischen vier Knoten

          Bisher ließen sich auf diese Weise meist jedoch nur zwei Teilnehmer sicher verbinden, und das selbst über Entfernungen von mehreren hundert Kilometern. Um mehrere Knoten miteinander vernetzen zu können, bedurfte es bislang eines großen technischen Aufwands. Jeder Teilnehmer musste über eine eigene Lichtquelle verfügen, mit der er die Photonen für die Quantenbotschaften erzeugte. Jede weitere Datenleitung macht ein solches Netz fehleranfällig und schränkt die Kommunikation der Partner untereinander ein. Ursin und seine Kollegen haben das Dilemma mit einer neuen Netzwerkarchitektur beheben können.

          Alle vier Teilnehmer werden nun aus einer zentralen Lichtquelle mit Paaren verschränkter Photonen versorgt. Die Photonenpaare werden wie in einem Regenbogen in verschiedenen Wellenlängen generiert, was es ermöglicht, sie eindeutig unter den Teilnehmern zu verteilen. Jeder Teilnehmer ist dadurch in der Lage, einen Quantenschlüssel zu erzeugen und für eine abhörsichere Kommunikation mit einem anderen Partner zu nutzen.

          „Ein entscheidender Vorteil dieser Architektur ist ihre Flexibilität“, sagt Ursin. „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.“ Ob die neue Quanten-Netzwerkarchitektur auch tatsächlich so einfach erweiterbar ist, wie die österreichischen Forscher glauben, müssen nun weitere Experimenten unter Beweis stellen. Dann müsste man sich vielleicht schon in wenigen Jahren nicht mehr vor einem Hackerangriff fürchten. 

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