Messbare Sicherheit bei der Datenübertragung

Neue Forschungsgruppe „FastPhoton“ in Jena widmet sich der Quantenkommunikation.

Egal ob an der Supermarktkasse, beim Online-Banking oder auch beim Austausch von Infor­ma­tionen zwischen staat­lichen Insti­tu­tionen — die Über­tragung sensibler Daten per Internet setzt immer ein bestimmtes Maß an Vertrauen voraus. Denn sämt­lichen Verschlüs­se­lungs­systemen liegen mathe­matische Prinzipien zugrunde und können mit ent­sprechender Rechen­leistung theore­tisch auch geknackt werden. Deshalb entwickeln Wissen­schaftler der Uni Jena gemeinsam mit Kollegen der TU Ilmenau und des Fraunhofer-Instituts für ange­wandte Optik und Fein­mechanik Methoden, die auf physi­ka­lischen Grund­sätzen basieren und somit weitaus sicherere Alter­nativen bieten. Unter­stützt werden sie dabei von der Thüringer Aufbau­bank, welche die Forschungs­gruppe „Ultra­breit­bandige Hoch­frequenz-Ansteu­e­rung faser­ge­kop­pelter Laser­dioden für polari­sa­tions- und zeit­stempel­kodierte Einzel­photonen in der Quanten­kommu­ni­ka­tion“, kurz: FastPhoton, seit dem 1. Januar für zwei­ein­halb Jahre mit insge­samt 650.000 Euro finanziert. Das Projekt von Andreas Tünner­mann von der Uni Jena geleitete Projekt ist am Thüringer Inno­va­tions­zentrum „InQuoSens“ ange­siedelt, an dem Forscher bei der Thüringer Univer­si­täten elektro­nische und nano­photo­nische Lösungen für Quanten­licht­quellen entwickeln — denn genau diese benötigen die neuen Verschlüs­se­lungs­systeme.

Abb.: Prototyp einer Einzelphotonenquelle für...
Abb.: Prototyp einer Einzelphotonenquelle für Quantenkommunikations-Anwendungen. (Bild: J. Scheere, FSU)

Aktuell werden Daten häufig über Glas­faser­kabel mit Licht über­tragen. Dabei verwendet man für jedes Bit eine enorme Menge Photonen, da die Teilchen auf diese Weise gut detektiert und verstärkt werden können. „Gelänge es aber, die Infor­ma­tionen in ein­zelnen Photonen zu über­mitteln, dann kommen die Quanten­eigen­schaften der Teilchen zum Tragen, die rein physi­ka­lische Verschlüs­se­lungs­methoden ermög­lichen“, sagt Falk Eilen­berger von der Uni Jena. „Sicher­heits­technisch bedeutet das eine enorme quali­ta­tive Verbes­se­rung. Denn ein Photon lässt sich nur genau einmal vermessen und ist somit nur für genau einen Empfänger lesbar - ein Zugriff von außen wäre nicht möglich beziehungs­weise bliebe nicht unent­deckt. Sogar der Betreiber der Infra­struktur kann keine Daten heraus­ziehen. So wird Sicher­heit messbar.“

Die physikalischen Prinzipien für ein solches Vorgehen sind bereits seit einigen Jahr­zehnten bekannt und bewiesen. Nun gilt es, konkrete poten­zielle Anwen­dungen unter die Lupe zu nehmen. Elementar hierfür sind geeignete Einzel­photonen­quellen, die die not­wendigen Photonen mit präzise definierten Eigen­schaften produ­zieren. Auf deren Entwick­lung, Verbes­se­rung und Inte­gra­tion wollen sich die Wissen­schaftler im Rahmen der Forscher­gruppe besonders konzen­trieren. „Für Quanten­kommu­ni­ka­tion über sehr lange, inter­konti­nen­tale Distanzen müssen die Licht­quellen auf Satel­liten im All zum Einsatz kommen. Daher brauchen wir minia­tu­ri­sierte Systeme, die auch unter extremen Bedin­gungen und nicht nur in einer sterilen Labor­umge­bung funktio­nieren“, erläutert Christian Helgert, eben­falls Uni Jena. „Optisch sind wir hierbei auf einem guten Weg — erste wenige Zenti­meter große Einzel­photonen­quellen, die auf 2D-Mate­ri­alien basieren, haben wir bereits entwickelt.“

Der Fokus liege nun vor allem auf der elektro­nischen Inte­gra­tion solcher Systeme, um sie auch kosteneffizient gestalten zu können. „Die Koope­ra­tion zwischen Jena und Ilmenau ist hierfür ideal, denn wir haben die Exper­tise im opto­elektro­nischen Bereich — die Kollegen von der TU sind spezia­li­siert auf Hoch­leistungs­elek­tronik in rauer Umgebung“, sagt Eilen­berger. Trotz der erheb­lichen Fort­schritte auf dem Gebiet der Quanten­kommu­n­ika­tion gehen die Jenaer Experten davon aus, dass es noch einige Jahre dauern wird, bis End­nutzer Infor­ma­tionen auf diese Art und Weise aus­tauschen. Dann aber könnten solche Systeme, die auf Einzel­photonen basieren, als sichere Alter­native bei der Über­tragung hoch­sen­sibler Daten zum Einsatz kommen.

FSU / RK

Weitere Infos

 

 

Sonderhefte

Physics' Best und Best of
Sonderausgaben

Physics' Best und Best of

Die Sonder­ausgaben präsentieren kompakt und übersichtlich neue Produkt­informationen und ihre Anwendungen und bieten für Nutzer wie Unternehmen ein zusätzliches Forum.

Jobbörse

Physik Jobbörse in Freiburg und Berlin
Eine Kooperation von Wiley und der DPG

Physik Jobbörse in Freiburg und Berlin

Freiburg, 13.-14.03.2024, Berlin, 19.-21.03.2024
Die Präsentationen dauern jeweils eine Stunde, am Ende der Veranstaltung ist Zeit für Q&A eingeplant.

Meist gelesen

Themen