Sicherheit durch Chaos

News: Sicherheit durch Chaos

Tropfendes Wasser aus der Regenrinne, ein fallendes Blatt und auch das Wetter - überall lauert das Chaos. Zwar lassen sich bei diesen Prozessen gewisse Gesetzmäßigkeiten erkennen, doch vorhersehbar sind sie nur bedingt. Denn im Chaos lässt sich nichts voraussagen. Bis jetzt, denn britische Wissenschaftler koppelten zwei Laser, von denen einer die chaotischen Schwankungen des anderen vorhersagte.

Oliver Busse

Die Naturwissenschaften sind geprägt vom Determinismus, der Berechenbarkeit aller Phänomene, bei der bestimmte Ursachen bestimmte Folgen zwingend nach sich ziehen. Doch nur die wenigsten Prozesse in der Natur laufen rein deterministisch ab. Vielmehr verhält sich die Natur häufig chaotisch, und das macht eine Berechnung unmöglich. Deshalb wird man auch ab und zu von Regen überrascht, obwohl Sonnenschein vorhergesagt war.

Die Voraussage von chaotischen Ereignissen ist jedoch, abgesehen vom Wetter, bei der sicheren Datenübertragung nützlich. Denn ein Laser, bei dem die Lichtintensität chaotisch schwankt, kann ein Signal verschlüsseln, das ein anderer wieder entschlüsselt. Dazu muss der zweite Laser perfekt auf den ersten abgestimmt sein, denn sonst misslingt das Decodieren. Bislang bereitete diese Synchronisation jedoch Probleme.

Doch nun scheint Alan Shore und seinen Kollegen von der University of Wales genau dies gelungen zu sein. Sie reflektierten einen kleinen Teil des von einem Laser ausgesendeten Lichts wieder in ihn zurück, wodurch dieser so genannte Sender chaotisch flackerte. Zusätzlich lenkten sie einen kleinen Anteil des Senderlichts an einen zweiten Laser, den Empfänger, der daraufhin ebenfalls chaotisch leuchtete. Seine Intensitätsschwankungen waren dabei fast identisch zu denen des Senders.

Danach schickten die Wissenschaftler das zum Sender rückreflektierte Licht auf einen langen Umweg, wodurch die Rückkopplung im Sender später entstand als im Empfänger. Allerdings stimmten die Intensitätsschwankungen immer noch überein, nur traten sie nun im Empfänger früher auf als im Sender. Das Verhalten des Senders wurde also vom Empfänger sozusagen vorhergesagt. Überraschenderweise hängt die Zeit, die zwischen dem Auftreten des Signals im Empfänger und im Sender vergeht, nicht von der Länge des Umwegs ab. Auch bei der vierfachen Weglänge war diese Zeit konstant.

Deshalb vermuteten einige Forscher auch, dass das Licht des Empfängers die Ereignisse im Sender nicht vorhersagt, sondern sie durch Streulicht verursacht. Dieses Argument konnten die Wissenschaftler aber offenbar entkräften: Zwar dringt Licht des Empfängers in den Sender und verursacht dort eine Rückkopplung, diese hängt jedoch nicht mit den beobachteten Intensitätsschwankungen zusammen.

Abgesehen von der sicheren Datenübertragung könnte man mit einem synchronisierten Lasersystem einen höchst konstant leuchtenden Laser bauen, bei dem die Schwankungen durch einen gekoppelten Laser vorhergesagt und dann entsprechend korrigiert werden. Auch die Instabilitäten weiterer chaotischer Systeme ließen sich so vielleicht vorhersagen und ausgleichen.