Geheime Quanten-Botschaften

Die Regeln der Quantenphysik erlauben es, Nachrichten so zu verschlüsseln, dass sie vollkommen abhörsicher sind. Die Technologie der Quantenverschlüsselung entwickelt sich stetig in Richtung Marktreife. Am Mittwoch ist in Wien das erste Demonstrationsnetzwerk für Quantenkryptografie weltweit präsentiert worden.

Es war 1984, als Charles H. Bennett und Gilles Brassard ein radikal neues Verschlüsselungsverfahren - auf quantenphysikalischer Basis - vorschlugen. Doch weil damals niemand so richtig an eine Quantenkryptografie glauben wollte, wurde das heute legendäre, sogenannte BB84-Protokoll erst acht Jahre später technisch realisiert. Bei dieser ersten erfolgreichen Demonstration wurde eine kurze Botschaft über eine Distanz von gerade einmal 32 Zentimeter gesandt. Seither haben viele Forschungsteams quantenkryptografische Experimente durchgeführt, dabei andere Wege der Verschlüsselung erprobt und auch neue Rekorde aufgestellt. So wurden etwa Botschaften über immer weitere Distanzen verschickt. Letztes Jahr etwa gelang eine Freiluftübertragung von der Insel La Palma nach Teneriffa. Auch schaffte man es, immer größere Informationspakete mit schnelleren Datenraten zu übermitteln. So wurde im April 2004 erstmals eine Geldübertragung mittels quantenkryptografischer Technik gesichert. Die Eingabe machte damals Professor Anton Zeilinger. Der Quantenphysiker von der Universität Wien hat diese Technologie mit seiner Grundlagenforschung zu verschränkten Photonen von Anfang an mit-geprägt (siehe Infobox rechts).

Quantensprung in Richtung Anwendung

Auch beim nächsten großen Experiment - dem ersten Demonstrationsnetzwerk für Quantenkryptografie weltweit am Mittwoch - ist er dabei gewesen. Ob am Siemens Forum (der Hauptzentrale) oder an einem der anderen fünf Standorte, wollte er kurz davor spontan entscheiden (siehe auch das Interview unten). Aber eigentlich ist das auch egal, ist er doch über ein Glasfasernetz mit seinen Wissenschafter-Kollegen ohnehin virtuell verbunden. Denn geplant war eine mittels Quantenkryptografie gesicherte Videokonferenz, bei der die verschiedenen Projekt-Partner ihre Verschlüsselungssysteme präsentieren. Das Team um Zeilinger stellt dabei sein System vor, das auf der spukhaften Fernwirkung von Lichtteilchen beruht. Andere Teams haben fünf weitere Systeme der Verschlüsselung entwickelt. Die sechs Systeme sind insofern ähnlich, als sie Naturgesetze ausnutzen, die sie komplett abhörsicher machen. Und ganz wichtig: Jedes kann nunmehr mit jedem anderen verknüpft werden - dank standardisierter Schnittstellen. Diese gemeinsam zu definieren und die Verschlüsselungssysteme entsprechend zu konstruieren, war eines der großen Ziele dieses europäischen Forschungsprojekts, das unter dem kryptischen Kürzel SECOQC lief und mit der Demonstration sein Ende und seinen Höhepunkt fand. An SECOQC beteiligten sich insgesamt 41 Institutionen aus zwölf Ländern. Koordiniert wurde das Ganze von den Austrian Research Centers (ARC). Andreas Poppe, Quantenphysiker bei ARC, meint rückblickend: "Hätten wir die Projektsumme von 11 Millionen Euro genommen, sie an die einzelnen Partner verteilt und gesagt:, Arbeitet nicht miteinander!' - Wir wären bei weitem nicht so weit, wie wir jetzt sind."

Extrem sicheres Telebanking

Doch wie weit sind die Forscher mit der Technologie wirklich? Poppe meint ein wenig zurückhaltend: "Die Übertragungsrate liegt bei rund 1000 Bits pro Sekunde auf 25 Kilometer. Das ist immer noch vergleichsweise gering. Damit lässt sich zum Beispiel noch kein ganz sicheres Online-Telefongespräch führen." Sein Kollege Thomas Länger, Netzwerk-Experte bei ARC, ergänzt: "Aber es genügt sehr wohl für ein extrem sicheres Telebanking. Auch muss man sich die gewaltigen Fortschritte der letzten Jahre vor Augen führen. Ich meine, Moores Law gilt auch für die Quantenkryptografie (Anm.: Das Gesetz erklärt indirekt den nicht-linearen, steilen Anstieg der Computerrechenleistung)."

Schließlich hat die Realisierung des Netzwerks die typischen Vorteile eines solchen deutlich gemacht. Zurzeit schafft man es etwa mit einem Link, Nachrichten über bis zu 144 Kilometer zu schicken. Das Netz erlaubt es nun erstmals, mehrere Links hintereinanderzuschalten, wodurch die Längenbegrenzung überwunden werden kann. Länger nennt noch zwei weitere Pluspunkte: "Netzwerke sind toleranter gegen Ausfälle. Fällt der Link AB aus oder erfolgt ein Lauschangriff, so kann die Kommunikation über andere Links - über AC und CB - geführt werden. Und zweitens können Kapazitätsbeschränkungen aufgehoben werden, indem man die Datenlast auf mehrere Pfade verteilt."

Mit der Demonstration am Mittwoch ging gleichsam die europäische Kooperation im Projekt zu Ende. Doch schon am Donnerstag gibt es ein Kick-Off-Meeting der Wissenschafter mit der europäischen Telekommunikationsbehörde und prominenten Firmen wie HP, Toshiba, Telefónica oder Swisscom. Auf der Agenda steht dabei eine Diskussion um gemeinsame Standards. Länger dazu: "Das würde die Markteinführung stark befördern."

www.secoqc.net

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