Mittlerweile vergehen ja kaum noch Tage, an denen man nicht vor Phishing-Mails gewarnt wird oder sich daran erinnert, dass die eigenen Passwörter vielleicht doch nicht so ganz sicher sind. Doch selbst wenn: eine hundertprozentig sichere Datenübertragung gibt es selbst dann nicht, wenn man sich an alle Hinweise, Tipps und Faustregeln hält. Abhilfe könnte hierbei allerdings die sog. "Quantum Key Distribution" schaffen. Dabei werden einzelne Schlüssel-Bits (die theoretisch immer irgendwie abgefangen und gelesen werden können) durch Quanten-Bits ersetzt. Diese haben eine zauberhaft tolle Angewohnheit. Werden sie gelesen, zerstören sie sich und können somit nicht mehr verwendet werden. Dadurch würde es für Angreifer sinnlos werden, Schlüssel abzufangen, da sie diese nicht mehr einsetzen könnten, um die Verschlüsselung zu knacken.

Dabei gibt es jetzt aber diverse Probleme. Die Signalstärke von Quanten-Bits nimmt bei größeren Entfernungen rapide ab. Dieses Phänomen kennen wir auch von WLAN-Routern oder Ähnlichem. Abhilfe schafft in so einem Fall ein Repeater. Leider ist ein Quanten-Repeater nicht ganz so trivial zu realisieren, wie ein WLAN-Repeater. Ein Quanten-Bit kann nämlich nicht einfach kopiert und verstärkt werden. Dabei würde es ja zerstört werden. Ende der 1990er Jahre wurde dafür ein Konzept in Innsbruck entwickelt - dieses benötigt allerdings eine "zuverlässige Quelle für verschränkte Photonen".

Verschränkt???

Was sind nun aber verschränkte Photonen? Fangen wir mit einem normalen Photon an. Photonen sind Teilchen, die von jeder Lichtquelle abgegeben werden. Egal ob Kerze, Glühbirne oder LED - alle geben sie Photonen ab. Meistens tun Leuchtmittel das aber in willkürlichen Mengen, was sie für die Verschlüsselungstechnik ungeeignet macht. Manche Eigenschaften von Photonen (wie zB. ihre Polarisation) können nun als Quantenbit verwendet werden. Wundervoll wird es nun aber durch die Verschränkung. Manchmal entstehen nämlich zwei Photonen (also ein Photonenpaar) die auf wundersame Weise miteinander verbunden (auch genannt: verschränkt) sind. Fängt man eines der beiden Photonen ein und misst es mittels Lichtsensor, hat diese Messung direkte Auswirkungen auf das zweite Photon - selbst wenn dieses schon weit entfernt ist.

Quantenpunkte

Es gibt nun Halbleiterstrukturen - nur ein Tausendstel eines Haardurchmessers groß - die in der Lage sind, verschränkte Protonen zu erzeugen. Also zumindest prinzipiell. Diese Strukturen nennt man Quantenpunkte. Leider gibt es während der Entstehung von Photonen so viele unbeeinflussbare Parameter, dass nur selten Paare entstehen, die zur Verschränkung geeignet sind. Eben dieses Problem wurde nun aber von einem Linzer Forscherteam gelöst. Dr. Rinaldo Trotta und Dr. Armando Rastelli haben einen Weg gefunden, jeden beliebigen Quantenpunkt so einzustellen, dass er als Quelle für verschränkte Photonen benutzt werden kann. Durch diesen Durchbruch in der Grundlagenforschung ist man der Entwicklung von Quanten-Repeatern einen großen Schritt näher gekommen und bringt uns als Endanwender wieder einen Schritt näher zur absolut sicheren Internetbenutzung.

Paper

Das Paper des Forschungsteams über die Ergebnisse und Vorgehensweise kann man hier herunterladen.