Internationales Forschungsprojekt: Universit?t Paderborn leitet experimentelle Arbeiten in Deutschland
Datensicherheit ist heute wichtiger denn je – ?und l?ngst ein Alltagsproblem“, sagt Dr. Benjamin Brecht, federführender Wissenschaftler einer Arbeitsgruppe der Universit?t Paderborn, die mithilfe der Quantenphysik L?sungen für effiziente Datenverschlüsselungen entwickelt. In einem neuen Forschungsprojekt wollen die Physiker*innen die Grundsteine für die sogenannte hochdimensionale Quantenkommunikation zwischen mehreren Gespr?chspartnern legen. Das internationale Vorhaben ?QuICHE – Quantum information and communication with high-dimensional encodings“ wird als Teil der QuantERA-Initiative der EU mit rund 226.000 Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gef?rdert. Start war der 1. M?rz.
?Aktuell werden Daten mithilfe von mathematischen Algorithmen verschlüsselt. Allerdings werden diese Verfahren mit der Entwicklung eines Quantencomputers obsolet, da er in der Lage sein wird, genau diese Verschlüsselung effizient zu knacken“, so Brecht. ?Wie kann ich dann sicherstellen, dass niemand meine E-Mails oder Textnachrichten liest? Glücklicherweise bietet der ?belt?ter – die Quantenphysik – gleichzeitig auch Abhilfe: Quantenkommunikation ist beweisbar sicher und kann nicht abgeh?rt werden“, so Brecht weiter. Der Grund dafür liegt in den speziellen Quanteneigenschaften einzelner Lichtteilchen, sogenannter Photonen, die es erlauben, potentielle Lauscher schon vor der Datenübertragung zu erkennen. Brecht: ?Zwar gibt es schon erste kommerzielle Ans?tze für die Quantenkommunikation, allerdings sind sie noch weit von einer praktischen Anwendung, wie zum Beispiel einem echten Quanteninternet, entfernt.“
Genau das soll sich jetzt ?ndern: Leibniz-Preistr?gerin Prof. Dr. Christine Silberhorn von der Universit?t Paderborn will zusammen mit ihrer Arbeitsgruppe die ersten Grundsteine für die hochdimensionale Quantenkommunikation zwischen mehreren Gespr?chspartnern legen. Das hei?t konkret: Für die ?bermittlung von Quantenbotschaften wurde bislang eine einfache Codierung genutzt. Ein Photon entspricht dabei einem Bit, also einer 1 oder einer 0. Werden Eigenschaften des Lichtteilchens gezielt manipuliert, so lassen sich gleich mehrere Bits pro Photon codieren. Es entsteht eine Art Alphabet. Zusammen mit Partner*innen aus Deutschland, Gro?britannien, Frankreich, Italien und Polen erforschen die Wissenschaftler*innen neue theoretische und experimentelle Ans?tze für die gro?skalige Quantenkommunikation.
Der Beitrag der Paderborner Forscher*innen liegt in der Entwicklung neuartiger Ger?te, die es erstmalig erlauben, ein gro?es Alphabet zur Datencodierung zu verwenden, das durch Glasfasern übertragen wird. Dazu Brecht: ?Je gr??er das verwendete Alphabet, desto mehr Information kann mit einem einzelnen Photon übertragen werden. Damit kann ich meine Daten schneller versenden. Zudem erh?ht sich durch die Verwendung eines gro?en Alphabets auch die Sicherheit des Systems, da Lauscher besser identifiziert werden k?nnen.“
Das gro?e Ziel des Projekts ist die Demonstration eines sicheren Quantenkommunikationssystems mit mindestens fünf Buchstaben, das Daten schneller verschlüsseln kann als existierende Ans?tze. Erste Ergebnisse werden in ca. einem Jahr erwartet.
Dr. Benjamin Brecht, Nina Reckendorf
