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Kryptographie 2.0 : Quantencode aus dem All

Der chinesische Satellit „Micius“ überträgt Lichtquanten an zwei chinesische Bodenstationen. Bild: Jian-Wei Pan

Chinesischen Wissenschaftlern haben jüngst, einen Quantenschlüssel von einem Satelliten zu einer Bodenstation übertragen. Ein Meilenstein in Richtung eines weltumspannenden Quanteninternets.

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          Beim Aufbau eines weltumspannenden Quanteninternets, in dem Daten abhörsicher über weite Entfernungen übertragen werden können, sind chinesische Wissenschaftler einen großen Schritt vorangekommen. Jian-Wei Pan von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Schanghai ist es mit seinen Kollegen gelungen, einen Quantenschlüssel von einem Satelliten zu einer Bodenstation unweit von Peking zu übertragen. Dabei legte der an Bord des Satelliten mit Laserpulsen generierte Code bis zu seiner Empfangsstation während  Experimente, die bis vor kurzem gelaufen sind,   eine Strecke zwischen 500 bis 1200 Kilometer zurück.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Der Rekord betrug bisher 144 Kilometer. Er wurde vor einigen Jahren von Physikern  der Universität Wien und der TU München auf den Kanaren aufgestellt. Die Experimente waren Vorbereitung für den Schritt: Den Austausch von Quantenschlüsseln zwischen einem erdnahen Satelliten und mehreren Bodenstationen.

          „Micius“ sendet Lichtquanten zur Erde

          Für ihren spektakulären Freilandversuch nutzten die Forscher den chinesischen Satelliten „Micius“, der seit August 2016 in einer Höhe von 500 Kilometern um die Erde kreist. Obwohl Micius die Bodenstation am Tag mehrmals überflog, konnte die Quantenbotschaft nur nachts gesendet werden, wenn kein Sonnenlicht die Lichtsignale überstrahlte. Täglich kurz nach Mitternacht schickte der Satellit fünf Minuten lang seine infraroten Lichtquanten mit einer Rate von einigen Kilohertz zur Erde.

          Eine chinesische Bodenstation nimmt Kontakt zum Quantensatelliten „Micius“ auf.
          Eine chinesische Bodenstation nimmt Kontakt zum Quantensatelliten „Micius“ auf. : Bild: ddp Images

          Zwei sichtbare Laserstrahlen waren in dieser Zeit gleichzeitig auf Sender und Empfänger gerichtet, damit die Photonen beim Überflug ihr Ziel trafen. Mit Filtern und besonderen Messtechniken konnte man die störenden Einflüsse des Mondlichts und der Luftturbulenzen kompensieren.

          Als Quantenschlüssel verwendeten die Forscher das sogenannte BB84-Protokoll. Bei dieser Technik wird eine zufällige Folge von Nullen und Einsen in Form einzelner Lichtteilchen übermittelt, die unterschiedlich polarisiert sind. Ein Lauscher, der den Versuch unternimmt, einzelne Photonen abzufangen, erzeugt eine Fehlerrate und wird sofort entlarvt. Wie die Forscher um Pan in der Zeitschrift „Nature“  berichten, war die Übertragungsqualität erstaunlich hoch. Sie sei um das Zwanzigfache besser gewesen, als man mit Glasfasern bei gleicher Distanz erzielt. Nun will man eine abhörsichere Datenleitung zwischen zwei 2500 Kilometer entfernten Bodenstationen in China einrichten. Dabei übernimmt Micius die Rolle der Relaisstation. Auch eine sichere Datenverbindung mit einer Bodenstation in Wien ist in Planung. Das Quanteninternet nimmt damit langsam, aber sicher Gestalt n.

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