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Norbert Riepl

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Ein Quantum schwer Verdauliches

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Ich weiß, dass ich nichts weiß! Diese Sokrates-Weisheit trifft für die meisten Menschen zu, wenn es um das Thema Quantentechnologie geht. Und doch gilt es langsam, aber sicher, das Erforschte in Nutzen umzuwandeln. Das hat sich das OPENQKD-Konsortium (Open European Quantum Key Distribution) auf die Fahne geschrieben. 38 Kollaborationspartner aus aller Herren Länder wollen in umfangreichen Testumgebungen das Thema vorantreiben.

Die Bloch-Kugel wird in der Quantenmechanik verwendet, um Zustände von Qubits grafisch darzustellen.

Die Bloch-Kugel wird in der Quantenmechanik verwendet, um Zustände von Qubits grafisch darzustellen.

Ein Quantum Sicherheit

Eine der wohl bekannteste Verschlüsselungsmethoden, RSA (nach Rivest, Shamir, Adleman) hat über Jahrzehnte hinweg für größtmögliche Sicherheit bei der Übertragung von Daten gesorgt. Selbst Hochleistungsrechner hätten sehr lange benötigt einen 256-Bit-Schlüssel zu knacken. Doch in heutigen Zeiten relativiert sich das. Die für den gemeinen User nicht zu knackende Schlüssel, sind mit dem Shor-Algorithmus und Quantencomputern angegangen, nicht mehr der sicherste Tresor. Die Tür zur Nachricht könnte sich in Minuten öffnen. Hier sollen QKD-Systeme sowie die „Post Quantum Cryptography“ Abhilfe schaffen. Letztere wird vor allem benötigt, um auch das 5G-Mobilfunknetz einbeziehen zu können. Dieser „Äther“ ist nämlich für das winzige Photon zu stark belegt. Es können keine störungsfreie Quantenkanäle eingerichtet werden. So soll kritische Telekommunikationsinfrastruktur dauerhaft gesichert werden. 

Ein Quantum Erklärung

Ziel eines Schlüsselaustauschs ist es, dass sich zwei Parteien (in Fachkreisen sind das Alice und Bob) auf einen gemeinsamen geheimen Schlüssel einigen, ohne dass eine dritte Partei (Eve) Informationen über diesen erhält. Selbst, wenn Eve den Kommunikationskanal „abhört“. Was ist es also, was QKD so interessant macht? Das landläufig bekannte Bit ist entweder eine „1“ oder eine „0“. Es bewegt sich im reellen Zahlenraum und hat die genannten zwei Zustände. Egal in welchem Medium es übertragen wird, es kann ohne Veränderung ausgelesen und zum Empfänger gesendet werden. Ein “Man in the Middle Angriff” wäre nicht feststellbar. Ein Photon verhält sich dagegen wie ein Qbit, es kann sowohl “0” als auch “1” zu derselben Zeit sein. Miau! Also, Alice sendet ein QBit an Bob. Eve fängt das QBit ab, liest es aus und sendet dann den gemessenen Zustand an Bob. Bob kann jetzt aber eine Veränderung des originalen Qbits feststellen. Er registriert eine ungleich höhere Fehlerrate im QKD-Protokoll und kann so auf einen Angriff schließen. Ein Zugriff auf den Schlüssel ist also nicht möglich ohne, dass die Physik diesen Makel aufdeckt. 

Ein Quantum Eigennutz

Neben der Grundlagenforschung für das Konsortium, untersuchen die Wissenschaftler auch verschiedene telekommunikationsspezifische Anwendungen. So soll die Frage beantwortet werden, inwieweit ein stabiler, sicherer und kostensparender Betrieb, quantenoptischer Kommunikationsstrecken in den Netzen der Deutschen Telekom möglich ist. Zu guter Letzt gilt es eine Zielarchitektur für den QKD-Schlüsselaustausch bei einem Telekommunikationsanbieter zu entwickeln. Dafür stehen den Forschern in Berlin ein umfangreiches Glasfasernetz mit IT-Infrastruktur zur Verfügung. Darauf lassen sich alle Arten von QKD-Systemen testen und Begrenzungen ausloten. Derzeit ist deren Reichweite auf rund 100 km eingeschränkt, da keine optischen Verstärker eingesetzt werden können. Die Forscher interessiert, wie einzelne QKD-Systeme zu einem effizienten QKD-Netzwerk zusammengeschaltet werden können. 

Ein Quantum Zusammenarbeit

An 16 Standorten europaweit werden unterschiedliche Themenfelder bearbeitet. In Wien, Madrid, Posen und Berlin in größeren Testumgebungen, die den praktischen Nutzen schneller zugänglich machen sollen. Erforscht werden Anwendungen in den Umfeldern von Gesundheit, Administration, Banken, Regierungen, IT- und TK-Netzwerken. Das AIT Austrian Institute of Technology koordiniert die Forschungen und konsolidiert mit allen Partnern die Ergebnisse. So soll Europa in der Erkundung über den Einsatz von Quantentechnologie gestärkt und in eine Spitzenposition gebracht werden.

Ein Quantum Trost

... sei hier für alle ausgesprochen, die nichts verstanden haben, wenn es zu wissenschaftlich wurde. Dieses hochkomplexe Thema hat auch mir Einiges abverlangt und ich muss vor allem unseren hellen Köpfen danken, die meine Fehler sofort erkannt und ausgemerzt haben. Aber bleiben Sie dran, wenn es wieder heißt: „Ein Quantum Information“!

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