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TechnikQuantencomputer

Wie Quan­ten­physik für Schnel­lig­keit und Sicher­heit sorgt

Lesezeit ca.: 2 Minuten
Bernd Seidel

Bernd Seidel

freier Journalist

Die Parallel­exis­tenz von gegensätz­li­chen Möglichkeiten in der Quantenphysik lässt sich für schnelles Rechnen ausnutzen. Andere Gesetze der Quantenphysik wiederum machen einen unbemerkten Lauschan­griff unmöglich.

29. Oktober 2015

In der submikro­sko­pi­schen Welt von Atomen, Elektronen oder Lichtteil­chen (Photonen) sind Dinge möglich, die in der Alltagswelt absurd klingen. Ein Atom kann sich gleichzeitig in Köln und in Düsseldorf aufhalten, ein Elektron simultan links- und rechtsherum rotieren, ein einziges Photon kann durch zwei Schlitze gleichzeitig schlüpfen. Mit anderen Worten: Die winzigen Teilchen leben viele Alternativen auf einmal aus.

Weil ein Quantencom­puter einzelne Atome oder andere Mini-Objekte zum Rechnen nutzt, kann er mehrere Lösungsan­sätze einer Aufgabe simultan ausprobieren und somit die bizarre Gleichzei­tig­keit der Quantenphysik in ein sehr viel höheres Rechentempo ummünzen. Allerdings funktioniert das nur für bestimmte Arten von Rechenauf­gaben.

Bizarre Gleichzei­tig­keit der Quantenphysik

Zu den Problemen, die ein Quantencom­puter schneller lösen kann, gehört das Zerlegen riesiger Zahlen in Primzahlen. Klingt akademisch. Doch im Internet schützt der extreme Aufwand dieses Rechenex­em­pels täglich die Verschlüs­se­lung von Millionen Transaktionen. Der Quantencom­puter wäre wie ein Universal­schlüssel zu all diesen geheimen Nachrichten.

Ironischer­weise ist es auch die Quantenphysik, die in die Bresche springen könnte: in Gestalt der Quantenkryp­to­gra­phie. Umsetzbar durch den Quantenschlüs­sel­aus­tausch, wobei die Parteien A und B eine Folge von Zufallswerten erhalten, die kein Dritter kennt. Mit dieser lassen sich dann Nachrichten verschlüs­seln.

Folge von Zufallswerten

Für den Schlüssel­aus­tausch nimmt der Sender, nennen wir ihn A, Photonen, gibt ihnen zufällig gewählte Polarisa­ti­ons­rich­tungen (das ist die Schwingungs­rich­tung der Lichtwelle) und sendet sie an den Empfänger B. Der misst diese Richtungen und erhält so die gleiche Folge wie A.

Ein Lauschan­greifer, er heiße C, zwischen A und B hat schlechte Karten. Denn erstens erlaubt die Quantenphysik kein Kopieren der Photonen mitsamt der in ihnen gespeicherten Information. C kann also die Botschaft nicht für sich abzweigen. Die Polarisa­tion messen und das Photon weiter zu B schicken kann C auch nicht. Das verbietet die so genannte Heisenberg­sche Unschärfe­re­la­tion, ein weiteres Quantenge­setz: Ein Beobachter beeinflusst demnach das Messobjekt, also die Polarisa­tion. Der Angreifer würde sich zwangsläufig verraten.

Der Angreifer verrät sich

Theoretisch ist der Quantenschlüs­sel­aus­tausch absolut abhörsicher. Sicherheits­lü­cken gibt es dennoch, denn das theoreti­sche Prinzip muss technisch umgesetzt werden, und Lichtdetek­toren lassen sich austricksen. Der Quantenha­cker Vadim Makarov z. B. hat dies getan, indem er den Photonen­de­tektor regelrecht geblendet hat. Dieser war dann nicht mehr in der Lage, die Manipula­tionen des Angreifers zu bemerken.

Ausgabe 2015/02

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