Unhackbares Internet: „Spukhafte Fernwirkung“ bereitet den Weg

Nicolas Meudt Autor, Hemd & Hoodie

Ein Internet, das aufgrund der geltenden physikalischen Gesetzte komplett abhörsicher ist – das verspricht ein neuer Quantenteleportationstest.

“Spukhafte Fernwirkung“: So bezeichnete Albert Einstein ein 1939 zunächst im Rahmen eines Gedankenexperiments vorgestelltes Phänomen, das heute als Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon bekannt ist. Dieses beschäftigt sich mit Lichtteilchen, die quantenmechanisch derart miteinander verschränkt sind, dass zwischen ihnen eine Wechselwirkung besteht – selbst, wenn sie (theoretisch) Lichtjahre voneinander entfernt sind. Das heißt: Wechselt der Zustand des einen Photons, kommt es automatisch zu einer Änderung beim anderen. Da bis heute nicht vollständig geklärt werden konnte, wie die Information über die Veränderung des Zustands zwischen den Teilchen übertragen wird und die Wirkung (Quanten-Nichtlokalität, engl.: „quantum nonlocality“) obendrein gegen das klassische Prinzip des lokalen Realismus verstößt, bezeichnen Physiker diese Form der Übermittlung auch heute noch als „spukhaft“.

Nun ist Wissenschaftlern allerdings ein wichtiger Schritt auf dem Weg gelungen, genau diese Quantenverschränkung (engl.: „quantum entanglement“) für reale Anwendungen nutzbar zu machen. Dazu haben sie einen Test entwickelt, mit dem sich überprüfen lässt, ob Photonenpaare auch außerhalb eines Labors auf die beschriebene Art und Weise sicher miteinander kommunizieren können. Denn miteinander verbundene Photonen könnten beispielsweise genutzt werden, um Verbindungen über sehr große Entfernungen zu bilden und eine ultrasichere Kommunikation mit praktisch „unhackbaren“ Netzwerken zu ermöglichen.

Quantenteleportationstest ermöglicht sichere Kommunikation

Damit eine sichere Datenübertragung garantiert ist, muss zunächst das Vorhandensein von Quanten-Nichtlokalität zwischen den Teilchen an den Enden einer Quantenverbindung bestätigt werden. Allerdings, so erklärt der leitende Forscher Geoff Pryde, war die Entwicklung einer Methode zur Messung von Verschränkungen für existierende Quanten-Nichtlokalitätsverifikationstechniken aufgrund von Verlusten bisher eine ungelöste Herausforderung. Denn da kein Material vollständig transparent ist und Absorption und Streuung ihren Tribut fordern, passieren mit zunehmender Länge des Quantenkanals immer weniger Photonen die Verbindung. „Jedes verlorene Photon erleichtert es dem Lauscher, die Sicherheit zu brechen, indem er Verschränkungen nachahmt”, so Pryde.

Der Quantenteleportationstest erfordert zusätzliche qualitativ hochwertige Photonenpaare. Diese müssen mit extrem hoher Effizienz erzeugt und detektiert werden, um den Effekt der verlustbehafteten Übertragungsleitung zu kompensieren.

Um das Problem der verlorenen Photonen zu lösen, setzte das Team der Griffith University auf einen anderen Ansatz: die Quantenteleportation.  Bei dieser werden keine Teilchen im klassischen Sinne von A nach B übertragen, sondern nur deren Zustände. Demnach wurden die wenigen Protonen ausgewählt, die den ersten hoch verlustbehafteten Kanal überlebten, und in einen anderen, sauberen und effizienten Quantenkanal teleportiert.

„Dort konnte der Quantensteuerung genannte Verifizierungstest problemlos durchgeführt werden”, sagt die Hauptautorin der Studie, Dr. Morgan Weston. „Unser System zeichnet ein zusätzliches Signal auf, das uns darüber informiert, ob das Lichtteilchen den Übertragungskanal passiert hat. Dies bedeutet, dass die fehlgeschlagenen Verteilungsereignisse im Voraus ausgeschlossen werden können, wodurch die Kommunikation selbst bei sehr hohem Verlust sicher durchgeführt werden kann.“ In den Experimenten kamen Kanäle mit einer Photonenabsorption zum Einsatz, die in etwa 80 Kilometern optischer Telekommunikationsfaser entspricht. Dieser Nachweis „spukhafter Fernwirkung“ unter realen Voraussetzungen zeigt, dass absolut abhörsichere Kommunikation über das Internet eines Tages tatsächlich möglich sein könnte.

 

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