Forschung & Entwicklung

Quantenverschlüsselung unter dem Meer erfolgreich

Die mithilfe eines Unterseekabels erzielte quantenverschlüsselte Verbindung zwischen Sizilien und Malta ist ein weiterer Schritt in der Entwicklung eines abhörsicheren Quanteninternets.

Das Quanteninternet der Zukunft soll eine vollkommen abhörsichere Kommunikation zwischen Nutzern weltweit ermöglichen. Die Suche für die am besten geeignete Quantentechnologie ist derzeit in vollem Gange. Besonders große Fortschritte macht dabei die quantenkryptographische Verschlüsselung von Information mithilfe verschränkter Photonen.

Ein weiterer Durchbruch bei der Entwicklung dieser Technologie ist nun einem internationalen Team rund um Forscher des Wiener Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und der Universität Wien gelungen: Sie etablierten über ein herkömmliches, unterseeisches Telekommunikationskabel mittels verschränkter Photonen eine quantenverschlüsselte Verbindung zwischen Sizilien und Malta.

Dabei erzeugten sie an der Kommunikationsstation an der Küste Maltas zunächst Paare von Photonen, die über ihre Polarisation miteinander verschränkt wurden. Der auf diese Weise gewonnene Quantenschlüssel gilt als abhörsicher. Findet bei derartig verschlüsselter Informationsübertragung ein Abhörversuch statt, würde das den quantenphysikalischen Zustand der Photonen aufgrund physikalischer Gesetzmäßigkeiten umgehend ändern – und der Hacker sofort auffliegen.

Die Forscher rund um Rupert Ursin detektierten in einem weiteren Schritt des Experiments nun den einen Teil des Photonenpaares direkt an der Quelle in Malta. Der andere Teil wurde über ein Telekommunikationskabel am Meeresboden über 96 Kilometer bis an die Küste Siziliens geleitet, wo zwei Glasfasern zu einer Schleife verbunden waren, und wieder zurückgeschickt, um schließlich ebenfalls detektiert zu werden.

Für die Methode, Quantenschlüssel mithilfe von polarisationsverschränkten Photonen über längere Distanzen auf der Erde einzusetzen, bedeutet die überbrückte Strecke von insgesamt 192 Kilometern eine neue Bestmarke. Bei dem Versuchsaufbau konnten darüber hinaus vier Bits pro Sekunde übermittelt werden.

Zugleich erbrachten die Forscher mit dem Experiment auf dem Meeresboden einen Nachweis für die hohe Stabilität der gewählten Methode und damit für das große Potenzial, das sie gerade in Verbindung mit herkömmlicher Telekommunikationsinfrastruktur für die Schaffung eines Quanteninternet der Zukunft birgt.

„Wir zeigen über einen Zeitraum von mehr als sechs Stunden, dass wir ohne weitere Stabilisierungen die Verbindung über die lange Distanz aufrechterhalten können. Das zeigt, wie stabil die Umgebung ist, in der die Faser verlegt wurde“, erklärt Sören Wengerowsky vom IQOQI.

Rupert Ursin, Gruppenleiter am ÖAW-Institut, ergänzt zur Bedeutung des Experiments: „Diese Arbeiten könnten einen wichtigen Startpunkt für ein europäisches Quantennetzwerk darstellen. Ein solches Netzwerk wird nicht nur abhörsicher sein, sondern es auch ermöglichen, die Potenziale der Digitalisierung voll auszuschöpfen.“

von mn

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