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Verschränkte Photonen: Der Geheimdienst-Schreck

Wiens Quantenforscher Anton Zeilinger und sein Team zeigten im April 2004 im Praxistest eine einzigartige Verschlüsselungstechnik, an der Spione und CIA verzweifeln werden.



Experimentalphysiker Prof. Anton Zeilinger bei einem Vortrag im Wiener Rathaus
Picture by T. Micke

Bürgermeister Michael Häupl hatte vor Journalisten und Fernsehkameras eine auf den ersten Blick banale Amtshandlung zu tätigen: Eine Geldüberweisung mittels eines elektronischen Erlagscheins via Computer zur Zentrale der Creditanstalt am 700 Meter entfernten Schottenring. Täglich werden so unzählige Geldüberweisungen getätigt, seit das Internet Einzug in Österreichs Haushalte genommen hat. Wozu also der ganze Medienrummel?

Häupl benützte dazu weltweit erstmals einen sogenannten Quanten-Code aus verschränkten Photonen, um seine Geldtransaktion vor Dieben und Spionen sicher zu machen. Kein noch so fortschrittlicher Geheimdienst der Welt wäre durch diesen Trick aus der Quantenphysik in der Lage gewesen, die zwischen Rathaus und Bank verschickten verschlüsselten Informationen auszuspionieren, ohne dass der Datendiebstahl aufgeflogen wäre.

Geld elektronisch überweisen kann derzeit jeder, der Internet-Zugang zu seinem Konto hat. Der Bankkunde bekommt dafür von seiner Bank eine Liste sogenannter "tan"-Codes eine zufällige Folge von Zahlen und Buchstaben per Post zugeschickt, von denen er jeden einmal als persönliche Unterschrift für eine Internet-Überweisung verwenden kann. Die Bank erkennt diese Unterschriften.

Ein relativ sicheres System, solange niemand diese Codes heimlich, zum Beispiel auf dem Postweg, ausspioniert. Das ist die Schwachstelle.

Nicht so sehr bei den "kleinen" Konten privater Kunden, aber dort, wo es täglich um Millionen- oder Milliardenbeträge geht oder um geheime Informationen zwischen Firmen, Rüstungsbetrieben oder Forschungslabors. Da lohnt sich schon ein großer Aufwand, wenn Hightech-Kriminelle oder Geheimdienste auf Computer-Beutezug gehen.

Die derzeit gängige Methode, solche Informationen zu verschlüsseln, ist, den mathematischen Code, mit dem verschlüsselt wird, so groß zu wählen, dass die schnellsten derzeit existierenden Computer mit den bekannten Rechenmethoden Tausende von Jahren bräuchten, um ihn zu knacken. Das dauert also sehr lange, ist aber nicht unmöglich.

Es ist auch nicht auszuschließen, dass jemand irgendwann eine Formel findet, mit der die jetzigen Verschlüsselungscodes von CIA, Secret Service, US-Army oder Weißem Haus schnell geknackt werden können. Oder es wird ein Rechner entwickelt, der auch diese gewaltigen Zahlen blitzschnell verarbeitet.

Wissenschafter tüfteln also weltweit fieberhaft an einem neuen, todsicheren System, das theoretisch schon funktioniert, aber in der Praxis noch einige Feuertaufen wie vergangenen Mittwoch zwischen Wiener Rathaus und Bank bestehen muss. Dieses System heißt "Quantenkryptographie", und eine Gruppe von Forschern des Instituts für Experimentalphysik der Uni Wien unter Prof. Anton Zeilinger, der in den letzten Jahren durch seine "Beam"-Experimente mit Lichtteilchen für Aufsehen sorgte, mischt hier ganz weit vorne mit.

Um Spionage zu vereiteln, machen sich die Wissenschafter ein seltsames Grundgesetz von Quantenteilchen zunutze: Man kann ihre Eigenschaften nicht messen, ohne diese Information dabei zu zerstören.

Anders gesagt: Wenn ein spionierender Küchenlehrling wissen will, ob der Meisterkoch seine neue Knödelkreation mit Grammeln oder mit Fleisch gefüllt hat, muss er den Knödel beim Nachschauen kaputt machen, was der Koch bemerken wird.

Aber auch bei diesem Prinzip, das derzeit in Japan Firmen wie Fujitsu oder Toshiba weiterentwickeln, ist noch nicht alles völlig "wasserdicht."

Zeilingers Team ging noch einen Schritt weiter und testete jetzt erstmals den "Rolls Royce" der Quantencodes in der Praxis einer Banküberweisung: Dabei wurden zwei Lichtteilchen so miteinander "verschränkt", dass sie bei einer anschließenden Messung wie zwei Zauberwürfel denselben Wert anzeigen. Je einer dieser Photonen-Zwillinge wurde mit Hilfe eines von der MA 30 im Wiener Kanalnetz verlegten Glasfaserkabels zur Bank bzw. zum Rathaus geschickt. Nachdem dieser Prozess einige Male wiederholt wurde, hatte sowohl die Bank als auch das Rathaus einen Schlüssel-Code aus mehreren Photonen. Die Werte dieser Zwillingsschlüssel sind (nach einem anderen verrückten Quantengesetz, das schon Albert Einstein unheimlich war) zwar völlig zufällig, aber dafür sicher identisch. Sind sie es nicht, heißt das, dass ein Spion bei einem Abhörversuch einen Teil der Information zerstört hat. Dann können Bank und Rathaus noch einmal von vorne beginnen, bis die beiden Schlüssel wirklich gleich sind und die anschließende Überweisung mithilfe dieses Codes somit sicher ist.

Prof. Anton Zeilinger im Interview: "Das Verrückte an diesem Prinzip der Quantenphysik, das wir uns hier für die perfekte Verschlüsselung zunutze machen, ist: Wir können weder bestimmen noch vorhersagen, welchen Wert die zwei verschränkten ,Zauberwürfel annehmen werden, wenn wir sie messen. Wir wissen nur, dass sie, egal wie weit sie dabei voneinander entfernt sind, ob im Rathaus oder auf dem Mond, denselben Wert zeigen werden. Welchen, das ist absoluter Zufall."

Zufall als eines der bestimmenden Prinzipe der Quantenphysik? Ist das für einen Forscher nicht unerträglich zu akzeptieren? Zeilinger: "Für mich ist Zufall ein sehr positiver Aspekt im Leben. Mir würde der Gedanke ganz und gar nicht gefallen, das alles vorherbestimmt, mit Zahnrädchen präzise verbunden ist. Da tut ein wenig Zufall schon ganz gut."

Kommt nach dem "Beamen" von Lichtteilchen und der neuen Quantenkryptographie auch irgendwann einmal richtiges Teleportieren von Lebewesen? Zeilinger: "Beamen á la Raumschiff Enterprise? Das funktioniert nicht. Das bleibt leider reine Science Fiction..."


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© Eine Reportage von T. Micke (25-04-04) – Kontakt