Wählen mit verschränkten Photonen: So soll Quantenphysik E-Wahlen absichern
Forscher testen elektronische Wahlen mit verschränkten Photonen. Wie das Quantenverfahren funktioniert und warum es die Bundestagswahl nicht ersetzt.
Heute wird in Deutschland weiterhin klassisch im Wahllokal abgestimmt. Forschende testen parallel quantenbasierte Verfahren, bei denen verschränkte Photonen bestimmte Sicherheits- und Anonymitätsprobleme elektronischer Wahlen lösen sollen.
Foto: picture alliance/dpa | Kay Nietfeld
Vier Menschen wählen zwischen zwei Kandidaten. Statt ihre Stimmen einem zentralen Server anzuvertrauen, erhalten sie verschränkte Photonen. Deren Messergebnisse sehen einzeln zufällig aus, folgen gemeinsam aber einer festen Regel. Genau diese Eigenschaft wollen Forschende nutzen, um elektronische Abstimmungen anonym und überprüfbar zu machen.
Zwei Teams aus Genf und Paris haben ein solches Verfahren nun experimentell demonstriert. Noch geht es um vier beziehungsweise bis zu acht Wähler. Von einer Bundestagswahl mit Quantenphysik ist die Technik weit entfernt. Die Versuche zeigen aber, wie sich ein heikles Problem elektronischer Wahlen anders lösen lässt: Bestimmte Sicherheitsgarantien sollen nicht davon abhängen, dass alle Beteiligten einer zentralen Wahlbehörde vertrauen.
Inhaltsverzeichnis
- Warum elektronische Wahlen ein Vertrauensproblem haben
- Wählen mit geraden und ungeraden Zahlen
- Warum braucht man dafür verschränkte Photonen?
- Was passiert, wenn die Quantenquelle manipuliert ist?
- Was Genf und Paris tatsächlich gezeigt haben
- Genfer Team integriert die Kontrolle
- Paris testet bis zu 16 Kandidaten
- Sind das die ersten Quantenwahlen?
- Warum das morgen keine Bundestagswahl ersetzt
- Quantenphysik löst nicht jedes Wahlproblem
- Was bedeutet „informationstheoretisch sicher“?
- In Deutschland käme eine besondere Hürde hinzu
- Wo Quantenwahlen zuerst eingesetzt werden könnten
Warum elektronische Wahlen ein Vertrauensproblem haben
Eine geheime Wahl verlangt zwei Dinge, die sich zunächst widersprechen: Es muss überprüfbar sein, dass jede gültige Stimme gezählt wurde. Gleichzeitig darf niemand erfahren, welcher Wähler für welchen Kandidaten gestimmt hat.
Klassische Kryptografie kann dafür bereits viel leisten. Ende-zu-Ende-verifizierbare Wahlsysteme arbeiten beispielsweise mit verschlüsselten Stimmzetteln, verteilten Vertrauensmodellen, Mixnets oder Zero-Knowledge-Beweisen. Dadurch können Wähler und Beobachter Teile einer Wahl kontrollieren, ohne die einzelnen Stimmen offenzulegen.
Ganz ohne Annahmen geht es dabei jedoch nicht
Die Sicherheit klassischer Verfahren hängt unter anderem von kryptografischen Verfahren, korrekter Software und teilweise von der Annahme ab, dass bestimmte mathematische Probleme praktisch nicht lösbar sind.
Genau hier setzt das bereits 2022 vorgeschlagene Quantenprotokoll an. Es soll eine öffentlich überprüfbare Wahl ermöglichen, ohne eine vertrauenswürdige zentrale Wahlbehörde vorauszusetzen und ohne seine zentralen Sicherheitsgarantien auf die begrenzte Rechenleistung eines Angreifers zu stützen.
Wie wichtig solche Unterschiede werden könnten, zeigt auch die Diskussion um Post-Quanten-Kryptografie bei den VDI nachrichten. Dort geht es allerdings um einen anderen Ansatz: klassische Kryptografie mit mathematischen Verfahren, die auch Angriffen durch künftige Quantencomputer widerstehen sollen.
Wählen mit geraden und ungeraden Zahlen
Das Prinzip des Quantenwahlverfahrens klingt komplizierter, als es ist. Nehmen wir vier Wähler und zwei Kandidaten A und B. Die Wahl läuft in mehreren Runden. Jeder Teilnehmer bekommt für jede Runde heimlich ein zufälliges Bit, also eine 0 oder 1. Die Werte werden so verteilt, dass die Anzahl aller Einsen zusammen immer gerade ist.
In einer bestimmten Runde darf nur ein Wähler tatsächlich seine Stimme abgeben. Will er Kandidat A wählen, veröffentlicht er seinen Wert unverändert. Will er Kandidat B wählen, dreht er ihn um: Aus 0 wird 1 oder aus 1 wird 0.
Anschließend veröffentlichen alle vier Teilnehmer ihre Werte. Ist die Zahl der Einsen gerade, wurde für A gestimmt. Ist sie ungerade, ging die Stimme an B. Welche Person ihren Wert verändert hat, lässt sich aus den veröffentlichten Zahlen allein nicht erkennen. Trotzdem können alle Beteiligten überprüfen, welches Ergebnis die Runde hatte.
Welche Person in welcher Runde tatsächlich abstimmt, lässt sich über klassische Verfahren geheim festlegen. Die Quantenphysik organisiert also nicht die komplette Wahl. Sie übernimmt einen speziellen Teil: die Verteilung zufälliger Werte mit einer garantierten gemeinsamen Beziehung.
Warum braucht man dafür verschränkte Photonen?
Das gleiche Zahlenprinzip ließe sich zunächst auch klassisch umsetzen. Dann müsste allerdings eine Instanz die geheimen Nullen und Einsen erzeugen und verteilen. Kennt diese Stelle sämtliche Ausgangswerte, könnte sie unter Umständen auch erkennen, welcher Teilnehmer seinen Wert verändert und damit welche Stimme abgegeben hat.
Die Forschenden ersetzen diesen Verteiler deshalb durch Quantenphysik. Sie erzeugen sogenannte Greenberger-Horne-Zeilinger-Zustände, kurz GHZ-Zustände. Dabei werden mehrere Qubits miteinander verschränkt. In den Versuchen übernehmen Photonen diese Rolle.
Jeder Teilnehmer erhält ein Photon und misst dessen Zustand. Bei geeigneter Präparation und Messung erscheint jedes einzelne Ergebnis zufällig. Die Ergebnisse aller Teilnehmer besitzen jedoch eine festgelegte gemeinsame Parität: Die Zahl der Einsen ist beispielsweise garantiert gerade.
Für jeden Wähler entsteht so ein zufälliger geheimer Wert. Gleichzeitig ist bekannt, welche Beziehung zwischen allen Werten besteht – ohne dass eine zentrale Stelle vorher alle Einzelwerte kennen muss.
Ein ähnliches Prinzip, physikalisch erzeugte Zufälligkeit überprüfbar zu machen, spielt auch bei anderen Anwendungen der Quantentechnik eine Rolle. Forschende der ETH Zürich haben beispielsweise mit verschränkten Qubits zertifizierte Zufallszahlen erzeugt.
Was passiert, wenn die Quantenquelle manipuliert ist?
Damit taucht sofort das nächste Problem auf: Was passiert, wenn bereits die Quelle manipuliert ist, die die Photonen verteilt? Das ursprüngliche Protokoll sieht dafür Tests der verschränkten Zustände vor. Die Teilnehmer prüfen einen Teil der erzeugten GHZ-Zustände und untersuchen, ob deren Messergebnisse die erwarteten Quantenkorrelationen zeigen.
Eine Quelle, die lediglich vorhersehbare oder gezielt manipulierte Werte verteilt, soll bei solchen Tests mit hoher Wahrscheinlichkeit auffallen.
Allerdings gibt es einen Haken: Ein Quantenzustand kann nicht erst vollständig überprüft und anschließend noch für die Wahl verwendet werden. Die Messung verändert beziehungsweise verbraucht ihn. Deshalb müssen viele GHZ-Zustände erzeugt werden. Einige dienen zur Kontrolle, andere zur eigentlichen Abstimmung. Genau hier unterscheiden sich die beiden aktuellen Experimente.
Was Genf und Paris tatsächlich gezeigt haben
Die beiden Arbeiten erschienen am 7. August 2026 unmittelbar nacheinander im Fachjournal Physical Review Letters. Sie verfolgen dasselbe Grundprinzip, unterscheiden sich aber in wichtigen Details.
| Merkmal | Genfer Experiment | Pariser Experiment |
| Teilnehmer | 4 Wähler | 4 bzw. bis zu 8 Wähler |
| Kandidaten | 2 | 2 bzw. bis zu 16 |
| Verschränkung | vierteiliger GHZ-Zustand | vierteiliger GHZ-Zustand |
| Acht-Wähler-Szenario | – | zwei Gruppen mit je 4 Wählern |
| Kontrolle der GHZ-Quelle | experimentell integriert | nicht vollständig umgesetzt |
| Quantenmemory | nicht erforderlich | für vollständige Quellenverifikation relevant |
| Entwicklungsstand | Proof of Concept | Proof of Concept |
Genfer Team integriert die Kontrolle
F. Joseph Marcellino, Mingsong Wu und Rob Thew von der Universität Genf haben das Protokoll mit vier Wählern und zwei Kandidaten umgesetzt. Das Team erzeugte vierteilige photonische GHZ-Zustände mit einer Fidelity von rund 89 %. Die Fidelity gibt vereinfacht an, wie gut der tatsächlich erzeugte Zustand dem gewünschten idealen Quantenzustand entspricht.
Die Forschenden entschieden in den einzelnen Durchläufen zufällig, ob ein GHZ-Zustand für eine Abstimmung oder zur Überprüfung verwendet wurde. Dadurch sollte die Quelle vorher nicht wissen können, wann sie kontrolliert wird.
In rund 87 % der Fälle konnte die Absicht des jeweiligen Wählers erfolgreich aufgezeichnet werden. Das bedeutet ausdrücklich nicht, dass 13 % der Stimmen falsch ausgezählt wurden. Bei einem ungültigen Ablauf müsste das Protokoll vielmehr neu gestartet werden. Für einen Labornachweis ist das akzeptabel. Bei einer realen Wahl wären solche Wiederholungen in dieser Größenordnung ein erhebliches Problem.
Die Genfer Forschenden haben ihr Verfahren zudem so angepasst, dass es ohne Quantenmemory auskommt. Solche Quantenspeicher gelten weiterhin als technisch anspruchsvoller Baustein zukünftiger Quantennetze.
Paris testet bis zu 16 Kandidaten
Das zweite Team um Nicolas Laurent-Puig, Matilde Baroni, Federico Centrone und Eleni Diamanti von der Sorbonne Université und weiteren Einrichtungen untersuchte zwei Varianten. Eine Wahl umfasste vier Wähler und zwei Kandidaten und setzte zusätzliche Maßnahmen zum Schutz der Privatsphäre ein. In einer weiteren Konfiguration konnten bis zu acht Teilnehmer zwischen 16 Kandidaten wählen.
Die Zahl acht klingt allerdings spektakulärer, als der Versuchsaufbau tatsächlich war. Die Forschenden erzeugten keinen gemeinsamen GHZ-Zustand aus acht verschränkten Photonen. Stattdessen arbeiteten sie mit zwei getrennten Gruppen aus jeweils vier Wählern.
Grundlegendes Problem nicht gelöst
Das Experiment zeigt damit eine Möglichkeit, kleine Gruppen miteinander zu kombinieren. Es löst aber nicht das grundlegende Problem, sehr große GHZ-Zustände zuverlässig zu erzeugen.
Eine weitere Einschränkung ist wichtig: Anders als das Genfer Team setzte die Pariser Gruppe die vollständige Überprüfung der GHZ-Zustände gegen eine potenziell betrügerische Quelle im Experiment noch nicht um. Dieser Teil des Sicherheitskonzepts wurde auf weitere Arbeiten verschoben.
Die Formulierung „Wahlen ohne vertrauenswürdige Behörde“ beschreibt damit das Ziel und die Sicherheitseigenschaften des vollständigen Protokolls – nicht etwas, das in beiden Laboraufbauten bereits unter allen vorgesehenen Bedingungen demonstriert wurde.
Sind das die ersten Quantenwahlen?
Nicht ganz. Bereits im Juni 2026 veröffentlichte ein chinesisches Forschungsteam in npj Quantum Information einen experimentellen Prototyp für eine anonyme Quantenwahl mit zwei Wählern. Das System arbeitete über 50 km Glasfaser und nutzte ein anderes Verfahren mit kontinuierlichen Quantengrößen. Dort spielt außerdem weiterhin eine unterstützende Autorität eine Rolle.
Neu an den beiden Arbeiten aus Genf und Paris ist daher präziser formuliert: Sie sind die ersten experimentellen Umsetzungen des 2022 vorgeschlagenen GHZ-basierten Wahlprotokolls ohne vertrauenswürdige Wahlbehörde. Beide erschienen am 7. August 2026 direkt nacheinander in Physical Review Letters.
Warum das morgen keine Bundestagswahl ersetzt
Von vier verschränkten Photonen zu mehreren Millionen Wählern ist es nicht nur ein größerer, sondern ein völlig anderer technischer Maßstab.
Die wichtigsten Hürden sind:
- Skalierung: Mehrteilige GHZ-Zustände mit vielen Photonen sind wesentlich schwieriger zuverlässig zu erzeugen.
- Verluste: Photonen können bei Erzeugung, Übertragung und Messung verloren gehen.
- Verteilung: Millionen Teilnehmer müssten über eine entsprechend leistungsfähige Quanteninfrastruktur angebunden werden.
- Zuverlässigkeit: Fehlgeschlagene Protokolldurchläufe müssten bei einer realen Wahl extrem selten sein.
- Wahlsicherheit außerhalb der Quantenphysik: Identifikation, Stimmenkauf, Wahlzwang und manipulierte Endgeräte bleiben ungelöst.
Bei photonischen GHZ-Zuständen liegt der in der APS-Einordnung genannte Rekord bislang bei 14 Photonen. Schon solche Versuche sind technisch aufwendig und liefern nicht bei jedem Durchlauf den gewünschten Zustand.
Eine Wahl müsste zudem räumlich verteilt funktionieren. Die beiden aktuellen Experimente waren kontrollierte optische Laboraufbauten, keine Internetwahl mit weit voneinander entfernten Wählern.
Dass Quantentechnik prinzipiell über bestehende Telekommunikationsnetze funktionieren kann, zeigen andere Experimente. So gelang bereits Quantenkommunikation über 254 km in einem realen Glasfasernetz. Ein Quanteninternet-Knoten in Aachen zeigt ebenfalls, welche Infrastruktur für verteilte Verschränkung notwendig wird.
Das Genfer Team plant als nächsten Schritt, sein metropolitanes Quantennetz zu nutzen. Dann sollen Teilnehmer tatsächlich an unterschiedlichen Knoten sitzen.
Quantenphysik löst nicht jedes Wahlproblem
Selbst ein perfekt funktionierendes Quantenprotokoll würde eine Wahl nicht automatisch sicher machen. Es muss weiterhin geklärt werden, wer überhaupt wahlberechtigt ist. Ein System muss verhindern, dass eine Person mehrfach abstimmt. Die Endgeräte der Wähler dürfen nicht manipuliert sein. Auch Angriffe auf klassische Kommunikationswege oder die Verfügbarkeit des Systems bleiben möglich.
Noch schwieriger ist das Problem des Wahlzwangs. Wer zu Hause elektronisch abstimmt, könnte von einer anderen Person unter Druck gesetzt werden. Auch Stimmenkauf lässt sich durch verschränkte Photonen nicht automatisch verhindern.
Diese Grenzen betreffen nicht speziell das Genfer oder Pariser Experiment. Sie gehören zu den grundsätzlichen Schwierigkeiten elektronischer Fernwahlen. Auch Fachleute, die die beiden Arbeiten für APS einordneten, nennen Wähleridentifikation und Schutz vor Zwang ausdrücklich als ungelöste Probleme.
Was bedeutet „informationstheoretisch sicher“?
Das Pariser Team bezeichnet sein Protokoll als „information-theoretically secure“. Das klingt zunächst nach absoluter Sicherheit, bedeutet aber etwas deutlich Engeres.
Was heißt „informationstheoretisch sicher“?
Bei vielen klassischen Kryptografieverfahren hängt die Sicherheit davon ab, dass bestimmte mathematische Probleme mit vertretbarem Rechenaufwand nicht lösbar sind.
Informationstheoretische Sicherheit soll dagegen nicht von der Rechenleistung eines Angreifers abhängen. Beim Quantenwahlverfahren werden bestimmte Sicherheitsgarantien aus dem Protokoll und den Eigenschaften der Quantenzustände abgeleitet.
Das bedeutet nicht: Eine Wahl wäre damit automatisch gegen manipulierte Endgeräte, Identitätsdiebstahl, Stimmenkauf, Zwang, Sabotage oder Softwarefehler geschützt.
Für das Wahlprotokoll heißt das: Bestimmte Eigenschaften wie Anonymität und Manipulationserkennung sollen innerhalb des zugrunde gelegten Sicherheitsmodells nicht dadurch gebrochen werden können, dass ein Angreifer irgendwann über erheblich mehr Rechenleistung verfügt.
Damit unterscheidet sich der Ansatz auch von der Post-Quanten-Kryptografie. Dort bleiben die Verfahren klassisch; lediglich die verwendeten mathematischen Probleme sollen auch für Quantencomputer schwer zu lösen sein.
In Deutschland käme eine besondere Hürde hinzu
Selbst wenn die technischen Probleme gelöst wären, ließe sich ein solches System nicht einfach bei einer Bundestagswahl einsetzen.
Das Bundesverfassungsgericht entschied 2009 über Wahlcomputer, die bei der Bundestagswahl 2005 verwendet worden waren. Demnach müssen die wesentlichen Schritte der Wahlhandlung und der Ergebnisermittlung für Bürger „zuverlässig und ohne besondere Sachkenntnis“ überprüfbar sein. Das Gericht leitete dies aus dem Grundsatz der Öffentlichkeit der Wahl ab.
Elektronische Wahlgeräte wurden damit nicht grundsätzlich verboten. Das Urteil bezog sich zudem auf die damaligen Wahlcomputer und nicht auf ein heutiges Quantenprotokoll. Trotzdem entsteht bei einer Quantenwahl eine offensichtliche Frage: Wie kann ein Bürger ohne physikalische oder kryptografische Spezialkenntnisse nachvollziehen, dass GHZ-Zustände korrekt erzeugt, überprüft und ausgewertet wurden?
Eine statistische Kontrolle quantenmechanischer Korrelationen erfüllt nicht automatisch dieselbe anschauliche Funktion wie eine öffentlich beobachtbare Auszählung von Papierstimmzetteln. Ob und mit welchen zusätzlichen Kontrollmechanismen ein solches Verfahren die verfassungsrechtlichen Anforderungen erfüllen könnte, ist offen. Aus den Experimenten lässt sich dazu keine Aussage ableiten.
Wo Quantenwahlen zuerst eingesetzt werden könnten
Eine bundesweite politische Wahl ist deshalb auf absehbare Zeit kein realistischer Anwendungsfall. Das Pariser Team nennt selbst kleinere, sicherheitskritische Abstimmungen als denkbares Einsatzgebiet – beispielsweise Wahlen in Unternehmensgremien oder kleinen Organisationen. Mit wenigen Teilnehmern ist die benötigte Verschränkung technisch wesentlich besser beherrschbar.
Doch auch dafür müssen die Verfahren erst außerhalb kontrollierter Laborbedingungen zeigen, dass sie einen praktischen Vorteil gegenüber etablierten kryptografischen Abstimmungssystemen bieten.
Quellen
- Physical Review Letters: Experimental Quantum Voting Using Photonic Greenberger-Horne-Zeilinger States
- Physical Review Letters: Experimental Quantum Electronic Voting
- Physical Review Applied: Quantum Protocol for Electronic Voting without Election Authorities
- APS Physics: Quantum-Secure Ballots Demonstrated in the Lab
- Phys.org: Could quantum protocols make electronic voting more secure?
- Bundesverfassungsgericht: Urteil zum Einsatz elektronischer Wahlgeräte vom 3. März 2009
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