Quantenkryptographie im Geschwindigkeitsrausch
US-Wissenschaftler am National Institute of Standards and Technology haben quantenkrytographische Schlüssel mit einer Datenrate von einem Megabit pro Sekunde ausgetauscht.
US-Wissenschaftler am National Institute of Standards and Technology (NIST) haben quantenkryptographische Schlüssel mit einer Datenrate von einem Megabit pro Sekunde ausgetauscht. Das System von Joshua Bienfang und Kollegen erreicht damit eine um den Faktor 100 höhere Datenrate als bislang möglich. Die Wissenschaftler schildern in einem Artikel für die Fachzeitschrift Optics Express die technischen Einzelheiten.
Quantenkryptographische Systeme sind -- zumindest theoretisch -- absolut abhörsicher. Die Information wird in Photonen kodiert. Versucht ein Spion die Photonen abzufangen, muss er den quantenmechanischen Zustand des abgefangenen Photons messen und legt damit diesen Zustand fest. Mittels einer statistischen Analyse der empfangenen Photonen merken Sender und Empfänger sofort, ob jemand ihrer Übertragung gelauscht hat.
In der Praxis haben die Konstrukteure eines solchen Systems hauptsächlich mit zwei Schwierigkeiten zu kämpfen: Eigentlich darf der Sender immer nur ein Photon auf einmal senden. Schickt er mehrere Photonen los, die alle dieselben Eigenschaften haben, kann ein Spion ein Photon aus dieser Lieferung abzweigen, ohne die Übertragung zu stören. Das Signal ist also idealerweise immer sehr schwach. Dazu kommt das Rauschen im Detektor und den Verstärkern, das der Quantum Bit Error Rate überlagert ist. Die Technik kann also nur auf relativ kurzen Strecken eingesetzt werden und die Datenrate ist vergleichsweise klein, deswegen werden in der Regel nur die Schlüssel übertragen. Die verschlüsselte Nachricht läuft dann üblicherweise über einen schnelleren konventionellen Kanal; wenn viele User den langsamen Quantenkanal zum Schlüsseltausch benutzen möchten, stellt die Datenrate allerdings einen begrenzenden Faktor dar.
Bienfang und Kollegen verwendeten keinen völlig neuen Ansatz: Sie implementierten das sogenannte BB92-Protokoll, das den Polarisationszustand von Photonen als Messgröße verwendet und übertrugen die Photonen eines Lasers über eine freie Strecke von rund 700 Meter. Der Laserpuls des Senders wurde abgeschwächt, so dass im Schnitt pro Puls 0,1 Photonen gesendet wurden. Um die Datenrate zu erhöhen, synchronisierten sie allerdings den Detektor auf der Empfängerseite mit dem sendenden Laser, so dass der Detektor nur dann aktiv geschaltet wird, wenn tatsächlich ein gesendetes Photon zu erwarten ist. Auf diese Weise konnten die Forscher das Signal-zu-Rausch-Verhältnis signifikant verbessern und die Datenübertragungsrate nach oben schrauben. (wst)
