Verschlüsselte Botschaft über Rekorddistanz

Physiker der LMU München konnten nachweisen, dass die so genannte quantenmechanische Verschränkung von Lichtteilchen selbst über eine Distanz von 144 Kilometern nachweisbar bleibt. Das ist zehn Mal weiter, als je zuvor gemessen.

An der experimentellen Studie für die Europäische Raumfahrtagentur ESA waren Forscher der LMU um Prof. Harald Weinfurter und ein Team der Uni Wien unter Leitung von Prof. Anton Zeilinger beteiligt.

Die experimentelle Situation scheint zunächst sehr dem Spiel mit zwei herkömmlichen Würfeln zu ähneln. Nach einem Wurf zeigt jeder der beiden eine zufällige Augenzahl – das Gleiche würde man auch bei "verschränkten Würfeln" beobachten. Während aber bei herkömmlichen Würfeln die beiden Zahlen unabhängig voneinander sind, zeigen „verschränkte Würfel“ immer die gleiche Augenzahl, egal wie weit sie räumlich voneinander getrennt sind. Genau dieser Umstand wird in der Quantenkryptografie ausgenutzt, um einen kryptografischen Schlüssel zu erstellen.

Im Experiment wurden die verschränkten Lichtteilchen am Roque de los Muchachos-Observatorium auf der Kanarischen Insel La Palma erzeugt. Eines der Photonen wurde über ein Teleskop auf seine 144 km lange Reise durch die Luft zur Nachbarinsel Teneriffa geschickt. Dort diente das OGS, ein für die Satellitenkommunikation gebautes Teleskop der ESA, als Empfänger.

Das Schwester-Photon wurde lokal in La Palma gemessen. Die Forscher verglichen die Polarisation (entspricht der Augenzahl der Würfel) der beiden Photonen miteinander. Es ließ sich eine hohe Verschränkungsqualität der Partnerteilchen nachweisen. Infolgedessen ist es möglich, einen geheimen Schlüssel auszutauschen, den nur die rechtmäßigen Sender und Empfänger kennen. Er kann daher zur abhörsicheren Nachrichtenübertragung verwendet werden.

Will man mit Satelliten kommunizieren, ist die Entfernung zwar größer, aber die störende Luftschicht deutlich dünner. Die Experimente zeigen daher eindeutig, dass sichere Nachrichtenübertragung von und zu Satelliten auf Basis der Quantenkommunikation schon mit heutiger Technologie möglich ist.

Die Europäische Raumfahrtagentur plant bereits weitere Schritte hin zur globalen Verteilung von Quantenzuständen. Hierbei könnte man Satelliten einsetzen. Eine Alternative dazu ist das europäische Weltraumlabor Columbus der Internationalen Raumstation ISS, das mit einem Quantenkommunikationsmodul ausgerüstet werden müsste. Damit wird es möglich sein, die bisherige Entfernungsbegrenzung der Quantenkryptografie zu überwinden und Quantenkommunikation auf globalem Niveau zu verwirklichen. (dsc)