US-Wissenschaftlern ist es gelungen, einen quantenkryptographischen Schlüssel mit einer Transfergeschwindigkeit von einem Megabit pro Sekunde zu versenden. Diese Datentransferrate ist um den Faktor 100 höher als bislang möglich. Mehr dazu finden sie in diesem

Artikel hier.

Wie schon in meinem letzten Artikel ausführlich beschrieben, sind quantenkryptische Systeme absolut abhörsicher. Das stimmt zumindest theoretisch - aber dazu später. Wie schon bekannt, wird ja durch das Messen der Zustand im System festgelegt und somit die Photonen verschlüsselt. Ein Abhörversuch würde ja das System verändern. Soweit die theoretische Ausführung.

Zwei Probleme die allerdings in der Praxis auftreten...

1. Der Sender sollte immer nur ein Photon auf einmal abschicken. Werden mehrere Photonen gleichzeitig weggeschickt, die alle die gleichen Eigenschaften haben, ist es möglich, ein Photon abzuzweigen, ohne die Übertragung nicht zu stören. Idealerweise ist das Signal daher immer schwach.

2. Das zweite Problem ist, dass die Methode nur für sehr kurze Strecken geeignet ist, da die Datentransferrate klein ist. Aus diesem Grund werden normalerweise nur die Schlüssel übertragen. Die verschlüsselte Nachricht läuft dann über einen schnelleren Kanal.
Bei vielen Benutzern, kann die begrenzte Datenrate des Quantenkanal Probleme verursachen (zeitaufwendig).

Eine mögliche Lösung des Problems...

Wissenschaftler, darunter Bienfang, verwendeten das schon bekannte BB92-Protokoll um die Übertragungsgeschwindigkeit zu steigern. Dazu ist zu erwähnen, dass das BB92-Protokoll den Polarisationszustand von Photonen als Messgröße verwendet. Mit Hilfe dieses Protokolls wurden Photonen eines Lasers über eine freie Strecke von 700 Meter übertragen.
Zur Erhöhung der Datenrate werden „Sender“ und „Empfänger“ abgestimmt, konkret bedeutet das, dass der Laser(Sender) mit dem Detektor(Empfänger) synchronisiert wird. Das bewirkt, dass der Detektor nur dann aktiv geschaltet wird, wenn tatsächlich ein Photon gesandt wird. Dadurch ist es gelungen, das Signal-zu-Rausch-Verhältnis deutlich zu verbessern und die Datenübertragungsrate nach oben zu schrauben.

Literaturverzeichnis

Quantenkryptographie im Geschwindigkeitsrausch

Der Physiker Zeilinger führte die weltweit erste quantenkryptografische verschlüsselte Überweisung durch. Es wurde eine Spende der Bank Austria an die Universität Wien in Höhe von 3000 Euro überwiesen.

Die Quantenkryptografie beruht auf der „Verschränkung“ der Lichtteilchen (Photonen) zur Erzeugung des Codierungsschlüssels. Das Gerät, das Zeilinger benutzte, sieht aus wie eine Autobatterie, in der sich eine Glaskugel befindet. Der Laser, der durch einen Kristall geschickt wird, erzeugt blauviolettes Licht, das Photonen zu Photonenpaaren verschränkt. Eines der beiden Photonen wird zum „Empfänger“ geschickt und eines bleibt beim "Absender".

Der Ausdruck „verschränkt“ bedeutet dabei, dass genau zwei Photonen, auch wenn sie unendlich weit voneinander entfernt sind, miteinander verbunden sind. Durch das Messen der Schwingungsrichtung (Polarisation) eines Photons erfährt man auch die des anderen Photons. Ganz wichtig ist hier zu verstehen, dass erst die Messung der Auslöser ist, der bewirkt, dass zwei Teilchen die gleiche Polarisation erhalten.

...einige Details...

Polarisation:
Die Übertragung der Informationen erfolgt in der Quantenkryptografie durch die Spins der Lichtteilchen. Der Spin der Lichtteilchen kann die beiden Zustände „up“ und „down“ annehmen. Das eignet sich hervorragend zur Verschlüsselung eines Bits, indem man dem Zustand die Null oder Eins zuordnet.

Abhörsicher:
Wie schon erwähnt, bewirkt die Messung, dass sich der Zustand des gesamten Systems verändert. Funkübertragungen sind abhörbar, jedoch ist dies bei der quantenkryptografischen Übertragung nicht möglich. Ein Abhörversuch würde das System beeinflussen, und so den Code verändern. So ein Eingriff wird sofort entdeckt, und die Polarisation wird von neuem durchgeführt.

mehr deteils finden sie dazu hier...

Vor der Messung besitzen beide Teilchen überhaupt keinen Zustand, erst durch die Messung erfolgt die Codierung. Der Zustand wird dadurch dem reinen Zufall überlassen. Nach der Messung besitzen genau zwei Photonen den selben Datenschlüssel. Das ist das Grundprinzip, auf der die Nachrichtencodierung der Quantenkryptografie beruht.

Grafik:
In dem Beispiel heißt der Absender „Alice“ und der Empfänger „Bob“ Die Botschaft ist die Banküberweisung. Diese wird von „Alice“ codiert und in eine Abfolge von Null und Eins umgewandelt. Die Nachricht wird dann von „Alice“ verschlüsselt, indem sie eine Messung durchführt. Die Messung erfolgt erst, wenn das Photon bei „Bob“ eingetroffen ist. Nur „Alice“ und „Bob“ erhalten den gleichen Code, und er kann unterwegs nicht geknackt werden.


„Banken und Unternehmen könnten die Methode künftig zur Verschlüsselung ihrer Fakturen und beim Transfer ständig wachsender Datenberge einsetzen. Der Bau von serienreifen Geräten, die in bestehende Computersysteme integrierbar sind, werde mindestens noch fünf Jahre dauern, sagte Zeilinger.“

dieses Zitat stammt von hier...

Quellenverzeichnis:

Übertragung geheimer Botschaften mittels Quantenkryptografie wird sicherer

Weltweit erste Banküberweisung mit Quantenkryptographie

Quanten-Scheck streng geheim

Eine neue Ära der Datensicherheit

Weltweit erste quantenkryptografisch verschlüsselte Banküberweisung