Wie man eine Gravitationswelle fängt

18. Juli 2000, 22:35

Man mache sich das System der Quantenverschlüsselung zunutze ...

Jahrzehntelang haben Physiker versucht, eine Gravitationswelle zu erhaschen. Man geht heute davon aus, dass derartige "Kräuselungen" im Gewebe der Raumzeit durch gewaltsame Ereignisse wie das Verschmelzen zweier Schwarzer Löcher entstehen. Doch sind diese Wellen wohl so schwach, dass noch kein Detektor in der Lage war sie aufzuspüren.

Gravitationswellen verzerren den Raum, wenn sie ihn durcheilen, ziehen ihn auseinander oder stauchen ihn zusammen. Forscher haben riesige Metallstangen in Isolationstanks montiert, in der vergeblichen Hoffnung, eine Graviationswelle würde sie auf dem Durchweg erklingen lassen. Eine neue Generation großmaßstäblicher Interferometer, darunter LIGO in den USA sowie VIRGO und GEO-600 in Europa, ist in der Entwicklung. Diese verwenden Laserstrahlen als kilometerlange Arme, um gravitationsbedingte Verzerrungen des Raums zu messen.

Höher, größer, stärker ...

Die eine Strategie ist es, noch sensiblere - und damit gigantischere - Detektoren zu bauen. Einige Physiker an der Universität von Portsmouth glauben nun jedoch eine eher unerwartete Alternative dazu gefunden zu haben: Quantenverschlüsselung, wie sie zur Sicherung vertraulicher Botschaften verwendet werden kann.

Die Forscher in Portsmouth weisen darauf hin, dass eine solche Verzerrung auch ein Quantenverschlüsselungs-System betreffen könnte. Fabrizio Tamburini, Bruce Bassett und Carlo Ungarelli ziehen dabei ein System in Betracht, in dem zwei Personen abhörsicher miteinander zu kommunizieren wünschen. Beide erhalten jeweils einen Geheimschlüssel, mit dem sie ihre Nachrichten kodieren und dekodieren können. Dieser Schlüssel ist eine Kette von Photonen, deren jeweiliger Polarisationsstatus zum Beispiel die 1er und 0er eines binären Codes repräsentiert.

Eine zentrale Quelle gibt die Schlüssel an die Kommunikationsteilnehmer aus. Diese Quelle schafft miteinander "verschränkte" Paare von Photonen, wobei immer eines der Photonen aus einem solchen Paar an jeweils nur einen der Kommunikationsteilnehmer ausgesandt wird. Eine Eigenart solcher verbundener Photonen ist es, dass sie sich auch dann wie ein einzelnes Partikel verhalten, wenn ein großer Abstand zwischen ihnen klafft. Wird an einem eine Messung durchgeführt, nimmt das Paar einen Status an, in dem man - kennt man die Polarisation eines Photons - automatisch auch die Polarisation des anderen kennt.

In die Termini von Kodierung und Dekodierung übersetzt heißt das: Schnappt ein heimlicher Lauscher ein Photon auf, das als Schlüssel auf dem Weg zu Kommunikationsteilnehmer A ist, und zerstört dabei seine Polarisation, dann verliert auch das Photon, das für Kommunikationstelnehmer B bestimmt ist, seine Polarisation. Sowohl A als auch B nehmen diese Verzerrung in der Bit-Kette ihres Schlüssels wahr und können daraus den Schluss ziehen, dass es einen Lauscher geben muss.

... oder einfach schlauer

Eine Gravitationswelle nun - und hier schließt sich gemäß den Forschern aus Portsmouth der Kreis - verhält sich wie ein Lauscher. Sie führt dazu, dass der Abstand zwischen der Photonenquelle und A geringfügig anders wird als der zwischen der Quelle und B. "Die Änderung in der Ankunftszeit gleicht einer kleinen Lücke in der Kette von Bits", sagt Ungarelli.

Ein Detektor, der diesen Effekt als Ausgangsprinzip nimmt, würde unterschiedliche Information über eine Gravitationsquelle liefern - und dabei billiger arbeiten als Interferometer. Zumindest als zweite Messmethode, um Messresultate überprüfen zu können, wäre eine solche Herangehensweise sehr nützlich, schließt Ungarelli.

(New Scientist/red)

Share if you care.