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Abhörsicheres Quanteninternet : Lauscher haben bald keine Chance mehr

Dieses Gewirr aus Spiegeln, Strahlteilern und Linsen versorgt die acht Teilnehmer des Quantennetzes mit einer großen Zahl verschränkter Photonen. Bild: Klaus Pichler, Österreichische Akademie der Wissenschaften

Cyberattacken und das Abhören vertraulicher Nachrichten könnten bald ein Ende haben. Britischen und österreichischen Physikern ist der Aufbau eines absolut abhörsicheren Quantennetzes zwischen acht Teilnehmern gelungen.

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          Ob beim Online-Banking, beim Bestellen im Internet oder beim Austausch von internem Firmenwissen – vertrauliche Informationen sollte man nie unverschlüsselt weitergeben, damit sie nicht in falsche Hände geraten. Doch die klassischen Verschlüsselungsverfahren sind nicht absolut sicher, wie Cyberattacken und Lauschangriffe immer wieder zeigen. Abhilfe verspricht die Quantenkryptographie. Denn es ist prinzipiell unmöglich, einen Quantencode mit klassischen Mitteln zu knacken. Bisher ließen sich auf diese Weise meist jedoch nur zwei Teilnehmer sicher verbinden. Nun ist es einer britisch-österreichischen Forschergruppe gelungen, ein stabiles quantenphysikalisch verschlüsseltes Netzwerk erstmals zwischen acht aktiven Teilnehmern aufzubauen. Jeder kann mit jedem kommunizieren, ohne dass ein unbefugter Lauscher eine Chance hätte, mitzuhören. Weil sich die Zahl der Teilnehmer beliebig erweitern ließe, könne das Verfahren, das zudem keine teure Hardware benötigt, einer breiten Anwendung der Quantenkryptographie im Internet den Weg ebnen, schreiben die Physiker um Siddarth Koduru Joshi von der University of Bristol in den „Science Advances“.

          Manfred Lindinger
          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Übermittelt man eine Nachricht, codiert etwa in einer Abfolge von einzelnen Lichtteilchen, so hat ein Lauscher schlechte Karten. Denn er verändert merklich die Abfolge der Bits des Quantenschlüssels, was Sender und Empfänger sofort bemerkten. Ist der Lauschangriff aufgeflogen generieren die Kommunikationspartner einen neuen Quantenschlüssel. Die eigentliche Nachricht kann dann sicher über herkömmliche Internetverbindung verschickt werden. Es gibt bereits zahlreiche kommerzielle Geräte, mit denen sich quantenverschlüsselte Daten mit hohen Raten übertragen lassen. Sie werden für Standleitungen zwischen Datenzentren, Kraftwerksbetreibern, Wasserversorgern und Gesundheitsbehörden und Großbanken genutzt, um den internen Datentransfer vor einem unbefugten Zugriff von außen schützen.

          Satt 28 nur acht Verbindungen

          Wie viele Forschergruppen so nutzen auch die Physiker um Joshi für ihre quantenkryptographischen Experimente verschränkte Lichtteilchen. Der verschlüsselten Code wird dabei mit Hilfe von Paaren stark korrelierter Lichtteilchen erzeugt, die sich ein Sender und ein Empfänger teilen. Das  Besondere an verschränkten Lichtteilchen ist ihr perfekt abgestimmtes Verhalten. Misst man etwa die Polarisation eines Photons, so liegt augenblicklich auch die Schwingungsrichtung des verschränkten Partners fest, unabhängig davon, wie weit die beiden Photonen voneinander entfernt sind. Ein Verhalten, das Albert Einstein einst als spukhafte Fernwirkung bezeichnete.

          Vereinfachte zeichnerische Darstellung des abhörsicheren Quantennetzwerks. Jeder der acht Teilnehmer ist über eine Glasfaser mit einer zentralen Lichtquelle verbunden, die verschränkte Lichtteilchen in großer Zahl liefert. Daraus können dann binäre Quantenschlüssel generiert werden.
          Vereinfachte zeichnerische Darstellung des abhörsicheren Quantennetzwerks. Jeder der acht Teilnehmer ist über eine Glasfaser mit einer zentralen Lichtquelle verbunden, die verschränkte Lichtteilchen in großer Zahl liefert. Daraus können dann binäre Quantenschlüssel generiert werden. : Bild: Holly Caskie

          Durch die wiederholte Messung der Polarisation der Photonen können Sender und Empfänger einen binären Code generieren, der ihnen beiden als sicherer Quantenschlüssel dient. Ein Lauscher, der, um an den Schlüssel zu gelangen, eines der verschränkten Lichtquanten anzapfte, würde sich sofort verraten. Durch sein Abhören nimmt er nämlich selbst eine Messung vor, was sogleich Sender und auch Empfänger bemerkten. Das ist der Grund, warum die Quantenkryptographie mit verschränkten Teilchen unter den Experten als ganz besonders sicher gilt.

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