Gute Gründe für den Einsatz von Quantenphänomenen

21. April 2004, 15:32
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Technologie gewährt Abhörsicherheit

Wien - Die Idee, Quantenphänomene zur Verschlüsselung von Daten einzusetzen, hat mehrere gute Gründe. Der erste ist, dass nur in der Welt der einzelnen, kleinsten Teilchen echter Zufall herrscht. Misst man nämlich den Zustand eines Quants, beispielsweise die Polarisation (Schwingungsebene) eines Lichtteilchens (Photons), so ist das Ergebnis unmöglich vorhersagbar. Das Teilchen bietet vor der Messung keinerlei Hinweise, wie es polarisiert sein könnte. Anton Zeilinger, Vorstand des Instituts für Experimentalphysik der Universität Wien pflegt es noch drastischer auszudrücken: "Das Teilchen weiß bis zur Messung selbst nichts von seinem Zustand".

Zufällige Schlüssel

Bestimmt man daher von einer Reihe von Lichtquanten die Polarisation, so ergibt sich eine völlig unvorhersagbare Reihe von Ergebnissen. In Nullen und Einsen umgewandelt, entstehen so ideale - weil völlig zufällige - Schlüssel für die Kryptografie. Jeder herkömmliche Zufallsgenerator liefere dagegen nur Pseudo-Zufälle, die letztendlich auf mathematischen Formeln beruhten, erklärte Zeilinger. Somit wären derartige Schlüssel mit mehr oder weniger großem Aufwand knackbar, beim echten Quantenzufall gehe das nicht.

Verschränkung

Ein weiteres Phänomen der Quantenwelt, das sich zur Verwendung für die Kryptographie anbietet, ist die so genannte Verschränkung. Das ist jene seltsam anmutende Eigenschaft, die zwei Lichtteilchen über beliebige Distanzen mit einander verbindet - von Albert Einstein "spukhafte Fernwirkung" genannt. Zwei verschränkte Photonen werden dazu an einem Ort erzeugt und dann - über Lichtleiter oder auch frei - in verschiedene Richtungen geschickt. Das seltsame daran: Bestimmt man an einem Ort den Zustand (beispielsweise wieder die Polarisation) des einen Teilchens, nimmt das Geschwisterteilchen - wo es auch immer ist - augenblicklich den gleichen Zustand an.

Schlüssel

Arbeitet man wieder mit einer ganzen Reihe von Messungen an hinter einander erzeugten verschränkten Photonen, so entstehen an verschiedenen Orten exakt die gleichen Abfolgen, nutzbar als Schlüssel zu Kryptographie. Das bedeutet, dass der Schlüssel gleichzeitig bei Sender und Empfänger entsteht, die mit Unsicherheiten behaftete Übermittlung des Schlüssels entfällt. Doch damit nicht genug, eine weitere Eigenschaft macht das System auch noch abhörsicher. Jeder Kiebitz müsste nämlich, um sich den Schlüssel anzueignen, selbst Messungen durchführen. Nun ziehen aber Messungen in Quantensystemen unwiderrufliche Störungen nach sich.

Kontrolle

Zur Kontrolle werden daher die Ergebnisse verglichen. "Liegt die Fehlerrate über einer bestimmten Rate, so weiß man, dass gelauscht wurde", so die Wissenschafter. So kann der Spion schon während der Übertragung des Schlüssels und noch vor dem Versand der eigentlichen Nachricht aufgespürt und die Sache abgebrochen werden. Anschließend wird die Prozedur wiederholt, so lange, bis die Schlüssel übereinstimmen. Ein Lauscher kann daher die Übertragung behindern und verzögern, aber nicht an die gewünschte Nachricht kommen. (APA)

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