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Aufbruch in die Quantenkommunikation

BMBF fördert Verbundprojekt zur schnellen und abhörsicheren Kommunikation, KIT entwickelt zentrale Komponenten.
Informationen aus Quantenspeichern werden mit Photonen verschränkt und über weite Strecken übertragen. (Bild: David Hunger, KIT)
Informationen aus Quantenspeichern werden mit Photonen verschränkt und über weite Strecken übertragen. (Bild: David Hunger, KIT)

Die Digitalisierung zieht in sämtliche Bereiche der Gesellschaft ein – von Industrie 4.0 über Gesundheitsanwendungen bis hin zu Alltagsgegenständen. Dabei gewinnt die Sicherheit bei der Übermittlung von Daten und Informationen immer mehr an Bedeutung. Einen vielversprechenden Ansatz bietet hier die Quantenkommunikation, da sie als abhörsicher gilt.

„Bisher ist es jedoch eine technologische Herausforderung, Daten über größere Distanzen zu senden, ohne dass es zu Informationsverlusten bei der Übertragung kommt“, erklärt Professor David Hunger vom Physikalischen Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Der Physiker ist mit seiner Arbeitsgruppe im Verbundprojekt „Quanten-Link-Erweiterung“ (Q.Link.X) vertreten, das diese Grenze ohne Sicherheitseinschränkungen überwinden will. 24 Partner aus Forschungseinrichtungen und Industrielaboren in ganz Deutschland erforschen gemeinsam Schlüsseltechnologien der Quantenkommunikation, um erstmals komplette Kommunikationsstrecken zu entwickeln. „Das Ziel sind Glasfaser-Netzwerke, die physikalisch abhörsicher sind“, sagt der Sprecher des Q.Link.X-Verbundprojektes, Dieter Meschede von der Universität Bonn.

Die Karlsruher Forscherinnen und Forscher befassen sich mit einer zentralen Komponente zur Übertragung von Lichtteilchen, Photonen, die in der Quantenkommunikation als Informationsträger dienen: „Wir entwickeln glasfaserbasierte Resonatoren, die Licht auf kleinstem Raum konzentrieren und damit etwa die Photonenerzeugung verstärken“, so Hunger. Hierfür erhalten er und seine Arbeitsgruppe 435 000 Euro über drei Jahre. Insgesamt unterstützt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) das Projekt mit 14,8 Millionen Euro.

Daten über Licht verschicken

Um Informationen vollkommen abhörsicher zu übermitteln, nutzt die Quantenkommunikation speziell präparierte Lichtteilchen. Der Quantenzustand eines solchen Photons enthält alle wichtigen Daten des Teilchens, etwa zu Richtung, Schwingung Polarisation, Frequenz oder Zeitpunkt, die genutzt werden können, um Informationen zu verschlüsseln. Was die Quantenkommunikation abhörsicher macht ist die Tatsache, dass diese Lichtteilchen nur ein einziges Mal in ihrem Originalzustand gemessen werden können. Jede Messung verändert die Eigenschaften des Photons – und damit die Informationen – und stellt somit ein Eingreifen in die Übertragung dar, das nicht unbemerkt bleiben kann. Bisher ist eine absolut sichere Übertragung über lange Distanzen, zum Beispiel in einer optischen Glasfaser, nicht möglich, da es dabei zu einer Dämpfung kommt, die nach einer gewissen Distanz den Verlust des Photons bedeutet.

swe, 20.12.2018