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14. Dezember 2017

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Abhörsicheres Telefonieren über Kontinente

Abhörsicheres Telefonieren über Kontinente© Bilderbox.com

Der Quantenforscher Anton Zeilinger und sein chinesischer Kollege Chunli Bai führten in einem Live-Experiment die erste, durch Quantenphysik verschlüsselte Videokonferenz über zwei Kontinente. Für den dafür erforderlichen Quantenschlüssel wurde der 2016 ins All beförderte Satellit „Micius“ eingesetzt. 

Von Quantenkryptografie bis Quanteninternet: Die Erforschung der Welt der Quanten verspricht eine Vielzahl neuer technologischer Möglichkeiten. Welche Fortschritte die Grundlagenforschung auf dem Weg zu deren Realisierung inzwischen erreichen konnte, machte nun eine Weltpremiere deutlich: Erstmals führten der Präsident der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Chunli Bai, und Anton Zeilinger, Präsident der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW), sowie Heinz W.Engl, Rektor der Uni-Wien ein mittels Quantentechnologie verschlüsseltes Videotelefonat über zwei Kontinente hinweg zwischen Wien und Peking. 

Eine Million mal höhere Verschlüsselung
Durch die Quantenverschlüsselung war die Abhörsicherheit des Gesprächs, das bei einem Live-Experiment vor Medienvertretern an der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) sowie in der chinesischen Hauptstadt Peking geführt wurde, mindestens eine Millionen Mal höher als bei konventionellen Methoden der Verschlüsselung. Im Zuge der ersten interkontinentalen Quantenkommunikationsverbindung konnten nicht nur Inhalte des Gesprächs abhörsicher übertragen werden, sondern auch weitere Daten in Form von Bildern des Physikers Erwin Schrödinger und des chinesischen Philosophen Micius.
Möglich gemacht hat das erste interkontinentale „Quantentelefonat“ der Welt eine internationale Kooperation von Forschern der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, der ÖAW und der Universität Wien rund um die Quantenphysiker Jian Wei-Pan und Anton Zeilinger. Das Forschungsprojekt mit dem Namen QUESS (Quantum Experiments at Space Scale), das 2013 von Zeilinger und seinem ehemaligen Doktoranden Pan aus der Taufe gehoben wurde und vom Bundesministerium für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft gefördert wird, nutzt einen im Sommer des vergangenen Jahres ins All beförderten chinesischen Satelliten für quantenphysikalische Experimente zwischen Erde und Weltraum.

Enormes Potential der Grundlagenforschung für praktische Anwendung
„Der erfolgreiche Austausch von quantenverschlüsselter Information zwischen zwei Kontinenten verdeutlicht das enorme Potential dieser durch die Grundlagenforschung ermöglichten Technologie. Ein weltweites und sicheres Quanteninternet rückt damit einen entscheidenden Schritt näher “, betont Zeilinger. „Dem Anwenden muss das Erkennen vorausgehen“, zitiert Heinz W. Engl entsprechend Max Planck, den Begründer der Quantenphysik. „Ein Telefonat verdeutlicht heute, welche Innovationskraft von Grundlagenforschung ausgeht,“ ergänzt Engl.
„Versucht jemand, die zwischen dem Satelliten und der Bodenstation ausgetauschten Photonen abzufangen und die Polarisation zu messen, dann verändert er durch die Messung den quantenphysikalischen Zustand der Teilchen – und fliegt sofort auf“, erklärt Johannes Handsteiner vom Wiener Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der ÖAW. Auf dessen Dach befindet sich das „Hedy Lamarr Quantum Communication Telescope“, das für Vorbereitungen des Experiments eingesetzt wurde. Durch die Abweichung der Messdaten von Sender und Empfänger kann somit jeder Lauschangriff unmittelbar festgestellt werden. Weichen die Messdaten hingegen nicht voneinander ab, haben Sender und Empfänger einen ersten Quantenschlüssel.
Nachdem der zwischen Graz und „Micius“ erzeugte Schlüssel beim Satelliten hinterlegt wurde, führten die chinesischen Wissenschaftler mit ihrer Bodenstation denselben Ablauf durch, sodass der Satellit schließlich über zwei Quantenschlüssel verfügte. Diese wurden dann im Orbit kombiniert und das Ergebnis der Kombination wieder an die Bodenstationen in Österreich und China übermittelt. Mit dem jeweils „eigenen“ Schlüssel einerseits und dem kombinierten Schlüssel andererseits konnten beide Bodenstationen nun einen gemeinsamen Code generieren, der zur eindeutigen Chiffrierung und Dechiffrierung von Information – und somit zur abhörsicheren Verschlüsselung des „Quantentelefonats“ – eingesetzt werden konnte. Mittels dieses gemeinsamen Codes konnte das Videotelefonat selbst dann über normale Internetverbindungen geführt werden.

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red/cc, Economy Ausgabe Webartikel, 06.10.2017