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News: Der Quanten-Kryptographie ein Stückchen näher

Seit Jahren sorgt ein österreichischer Physiker mit seinen Versuchen zu verschränkten Teilchen nicht nur in der Fachwelt für Aufsehen. Interessant sind dabei vor allem die möglichen Anwendungen der Experimente in der Verschlüsselungs-Technik für Daten. Sogar eine Art der Teleportation ist damit denkbar, jedenfalls theoretisch. Nun gelang es dem Wissenschaftler mit seinen Mitarbeitern offenbar, die Langstrecken-Übertragung von verschränkten Teilchen entscheidend zu verbessern.
Quanten machen Daten sicher – das vermuteten zumindest Forscher, die sich mit Quanten-Kryptographie beschäftigen. Ausgangspunkt ihrer Idee sind so genannte verschränkte Photonen. Dabei handelt es sich um gleichzeitig erzeugte Teilchen, die auf magische Weise miteinander verbunden sind, auch über lange Distanzen hinweg. Die Verschränkung ist ein Quantenphänomen, das im normalen Leben nichts Vergleichbares kennt. Im Experiment werden die zwei Lichtquanten nach der Erzeugung mittels Spiegelsystemen in unterschiedliche Richtungen auf die Reise geschickt. Bestimmt nun ein Experimentator den Zustand eines der beiden Teilchen, etwa die Polarisation, so kann er sicher sein, dass auch das andere – verschränkte – Teilchen zum gleichen Zeitpunkt in diesem Zustand ist.

Durch seine Messung greift er aber auch aktiv ein, er verändert den Zustand seines Photons wie auch den des verschränkten Geschwisterchens. So kann das Phänomen der Verschränkung zur absolut sicheren Übertragung von Information genutzt werden. Denn jedes Abhören der Information beeinflusst die Teilchen auf beiden Seiten, das Abhören wird so auf jeden Fall registriert.

Anton Zeilinger von der Universität Wien gelang es bereits, ein solches Experiment erfolgreich durchzuführen. Ein Problem war bisher allerdings, dass der Zustand der Verschränkung bei der Übertragung über längere Distanzen abnahm. Nun hat der Wiener Physiker zusammen mit seinen Kollegen eine Möglichkeit entwickelt, wie man die Verschränkung der Teilchen gleichsam auffrischen kann. Dazu wird jeweils eines von zwei Photonenpaaren gemessen und der Zustand der beiden Teilchen verglichen. Dies geschieht mit einem so genannten polarisierenden Strahlenteiler, einem besonderen Spiegel, der zwei eintreffende Photonen gemäß ihrer Polarisation umlenkt. Ist die Verschränkung noch ausreichend, so sind die Teilchen noch im gleichen Zustand. Ist dies jedoch nicht mehr der Fall, so verbessert die Messung des ersten Paares den verschränkten Zustand des zweiten Paares.

Zeilinger schätzt, dass bei derzeitig üblicher Technik alle zehn Kilometer derartige Auffrischungsstationen – Quantenknoten – eingeschaltet werden müssten, um eine saubere Übertragung auch über weite Distanzen hinweg zu gewährleisten. Da jede Messung einen Teil der Photonen für die weitere Übertragung unbrauchbar macht, entfallen an jedem Quantenknoten rund fünfzig Prozent der Photonen für die Übertragung. Dies ließe sich allerdings dadurch kompensieren, dass anfangs direkt mehr Photonen ausgesendet werden.

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