Spion ohne Schlüssel

Banken sind mögliche Kunden für Geräte, die Informationen mittels der Quantenmechanik schützen: Sie verschieben täglich Milliardenbeträge auf elektronischem Weg. Wer sich in diesen Datenverkehr einklinken kann, wird reich. Glücklicherweise gibt es heute schon sehr zuverlässige Methoden, um etwa ausgetauschte Kontoinformationen zu codieren.

Der Sender macht die sensiblen Daten mit einem Zahlenschlüssel unleserlich. Der Empfänger braucht denselben Schlüssel, um die Daten zu dechiffrieren. Den Code sollten sie möglichst oft wechseln. Genau der Austausch des Schlüssels macht die klassische Kryptografie jedoch anfällig; wer sich die Schlüssel verschafft, kann alles mitlesen. Tauschen Sender und Empfänger den Schlüssel dagegen nach den Vorschriften der Quantenkryptografie aus, verrät sich ein Spion unweigerlich.

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Wie der Quantencomputer nutzt auch diese Methode aus, dass die Welt der kleinsten Teilchen nicht dem Prinzip des „ganz oder gar nicht“ gehorcht. Mehrere Verfahren sind dabei möglich: Die ersten kommerziellen Quantenkryptografen arbeiten damit, dass sich die Null und die Eins, die kleinsten Informationseinheiten des digitalen Datenverkehrs, auf jeweils zwei unterschiedliche Arten in die Eigenschaften von Lichtteilchen übersetzen lassen. Nämlich in der Basis horizontal und vertikal oder in der Basis plus 45 Grad und minus 45 Grad polarisiert. Wer nicht weiß, in welcher der beiden Basen der Sender ein Bit verschickt, kann den Schlüssel nicht abfangen, ohne bemerkt zu werden.

Sender und Empfänger senden oder messen in Basen, die sie zufällig wählen. Anschließend vergleichen sie die Basen und verwenden nur die Bits, die der Empfänger in derselben Basis gemessen hat, in der der Sender sie verschickt hat. Der Schlüssel lässt sich aber auch mithilfe verschränkter Photonen vor unerlaubtem Zugriff schützen. Diese legen sich nämlich auch dann simultan auf einen Messwert fest, wenn sie Lichtjahre voneinander entfernt sind – ein Phänomen, das Albert Einstein als spukhafte Fernwirkung bezeichnete und daher ablehnte. Inzwischen gibt es experimentelle Beweise dafür, doch manche Physiker geben offen zu, dass sie es nicht verstehen, sich aber daran gewöhnen.

Dänische Physiker haben nach einem Rezept von Ignacio Cirac kürzlich sogar Atome mit Photonen verschränkt. Und zwar in einer Zahl und über eine Distanz, die bislang keiner erreicht hatte. Hundertprozentige Verschränkung lässt sich aber kaum realisieren. Der Sender überträgt die Schlüsselbits also mit einer bestimmten, theoretisch vorgegebenen Fehlerquote. Jeder, der versucht, die Photonen abzufangen wird diesen Fehler vergrößern, wenn er ein gleiches Photon präparieren und an den eigentlichen Adressaten senden will. Die Fehlerquote können Sender und Empfänger vergleichen – ist sie größer als erwartet, haben sie einen Spion entlarvt.

Stand: 17.11.2006