Test von Quantenkommunikation 19.08.2016, 10:14 Uhr

Auf dem Weg zum absolut sicheren Internet

Forscher aus China und Österreich haben gemeinsam einen Satelliten ins Orbit geschickt, der erstmals Quanteninformationen über 1.000 Kilometer an die Erde senden soll. Gelingt das, wäre ein großer Schritt hin zum abhörsicheren Internet getan. 

Das "Hedy Lamarr Quantum Communication Telescope" der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und der Universität Wien. Das Teleskop am Dach des ÖAW-Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation ist eine der Bodenstationen des Projekts und wird verschränkte Photonen des Quanten-Satelliten empfangen.

Das "Hedy Lamarr Quantum Communication Telescope" der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und der Universität Wien. Das Teleskop am Dach des ÖAW-Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation ist eine der Bodenstationen des Projekts und wird verschränkte Photonen des Quanten-Satelliten empfangen.

Foto: ÖAW/Klaus Pichler

Der Start ist gelungen, jetzt beginnt das bange Warten. Monatelang werden die Vorbereitungen dauern, bis „Micius“ liefern kann, was er liefern soll. Der 620 kg schwere Satellit, den eine Rakete vom Weltraumbahnhof Jiuquan aus jetzt ins All brachte ist ein echter Hoffnungsträger. Er hat Quantentechnologie an Bord und soll möglichst noch in diesem Jahr so genannte verschränkte Photonen an mehrere Bodenstationen schicken.

Das chinesisch-österreichische Projekt könnte tatsächlich ein Meilenstein sein, denn bislang ist die Übertragung der verschränkten Photonen nur am Erdboden auf einer Strecke von 144 km gelungen – zwischen zwei kanarischen Inseln. Längere Wege sind auch kaum denkbar, weil dann die störenden Einflüsse in der Atmosphäre zu stark würden. Will man also mithilfe der Lichtteilchen eine vollkommen abhörsichere weltweite Kommunikation ermöglichen – und das ist das Hauptziel – dann muss die Übertragung über Satelliten erfolgen.

„Neues Level der Kommunikation“

In der Fachwelt scheint umstritten zu sein, wie gut die Chancen dafür stehen. In Europa jedenfalls haben die Österreicher für ihr Quanten-Projekt keinen Partner gefunden. Heinz W. Engl, Rektor der Universität Wien, nimmt das heute mit einem Lächeln: „Wir haben die Chinesische Akademie der Wissenschaften als Projektpartner mit an Bord. Mit dieser Kooperation, die Grundlagenforschung auf internationalem Top-Niveau ermöglicht, werden wir das Quanteninternet wesentlich vorantreiben und langfristig die Kommunikation weltweit auf ein neues Level heben“, so Engl.

Photonen sind Lichtteilchen. Um sie zu erzeugen, bestrahlt ein UV-Laser einen speziellen Kristall. Eine Versuchsanordnung am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften.

Photonen sind Lichtteilchen. Um sie zu erzeugen, bestrahlt ein UV-Laser einen speziellen Kristall. Eine Versuchsanordnung am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften.

Foto: ÖAW/Klaus Pichler

Ein neues Level der Geschwindigkeit ist gemeint, aber vor allem ein neues Level der Sicherheit. Die Photonen-Methode hat einen entscheidenden Vorteil: Die Information ist nicht in Nullen und Einsen verschlüsselt wie im herkömmlichen binären System, sie liegt vielmehr in einem einzelnen Atom, das wieder auf ein Photon übertragen wird. Wichtig ist nun, dass bei der Übertragung der Informationen die Verschränkung der Photonen erhalten bleibt. Genau darum geht es bei den Satellitentests, und hier liegt der Sicherheitsmechanismus.

Der Nutzen eines Spuks

Die Forscher machen sich zunutze, was Albert Einstein eine „spukhafte Erscheinung“ nannte. „Das umschreibt eine einzigartige Verbindung zwischen zwei Teilchen, die unabhängig von ihrer Entfernung einen identischen Zustand annehmen und zugleich Informationen über theoretisch beliebige Distanzen übertragen können. Legt man beispielsweise mit Messungen an einem Photon die Schwingungsrichtung dieses Lichtteilchens fest, nimmt dessen Parallelteilchen augenblicklich den gleichen Schwingungszustand an“, erklärt Projektleiter Anton Zeilinger.

Der chinesische Projektleiter Pan Jianwei, der an der Universität Wien promoviert hat und ausländisches Mitglied der ÖAW ist, mit seinem Doktorvater Anton Zeilinger und Rektor Heinz W. Engl kurz vor dem Start des Quantensatelliten.

Der chinesische Projektleiter Pan Jianwei, der an der Universität Wien promoviert hat und ausländisches Mitglied der ÖAW ist, mit seinem Doktorvater Anton Zeilinger und Rektor Heinz W. Engl kurz vor dem Start des Quantensatelliten.

Foto: Universität Wien

Für Nicht-Physiker ist die Methodik schwer nachvollziehbar, aber der Effekt schon. Denn: Wenn jemand eine solche Information entschlüsseln will, muss er dafür den so genannten Quantenzustand messen. Schon durch das Messen selbst aber erzeugt er eine Veränderung dieses Zustandes, der dem Empfänger nicht verborgen bleiben kann. Unbemerktes Hacken wäre damit prinzipiell unmöglich.

Bis zu einem weltumspannenden Quanten-Internet ist es sicher noch ein weiter Weg. Aber klar ist, dass die bisherigen Verschlüsselungsverfahren nicht mehr lange sicher sein können. Und auch das liegt an der speziellen Quantentechnologie: Rechenoperationen, für die ein gewöhnlicher Computer viele Jahre bräuchte, dauern in einem Quantencomputer unter Umständen nur Sekunden.

 

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