Paderborner Wissenschaftler*innen ver?ffentlichen Ergebnisse in Fachmagazin
Mit der Entwicklung von Quantencomputern droht die klassische Kryptografie für die sichere Kommunikation obsolet zu werden. Die Quantenkryptografie hingegen nutzt die Gesetze der Quantenmechanik, um uneingeschr?nkte Sicherheit zu gew?hrleisten. Ein Beispiel ist die Quantenschlüsselverteilung, die es zwei Parteien erm?glicht, eine Nachricht durch einen zuf?lligen geheimen Schlüssel zu sichern. Dieser wird mithilfe von Quantenteilchen, in der Regel Photonen, erzeugt. Wissenschaftler*innen machen dafür zunehmend Gebrauch von einem Alphabet, das auf speziellen Eigenschaften der Lichtteilchen, also der Photonen, basiert, n?mlich ihrer Farbkomposition. Bislang fehlte allerdings ein spezielles Ger?t, um die Informationen wieder zu decodieren. Wissenschaftler*innen der Universit?t Paderborn haben so einen Decoder nun entwickelt. Ihre Ergebnisse haben sie im Fachjournal ?PRX Quantum“ ver?ffentlicht.
?Protokolle der Quantenschlüsselverteilung, die bin?re Codierungen verwenden, sind weit verbreitet. Dennoch k?nnen ihre Sicherheit und Effizienz verbessert werden, wenn ein gr??eres Alphabet zur Codierung verwendet wird. Hier kommen die sogenannten zeitlichen Pulsmoden zum Einsatz, bei denen die Informationen in der Farbzusammensetzung der Photonen codiert werden. Ein Schlüsselverteilungssystem, das auf diesen Moden basiert, erfordert einen mehrkanaligen Decoder, der in der Lage ist, alle Buchstaben eines Alphabets gleichzeitig zu ?lesen‘. Dieses Ger?t wurde jedoch bisher noch nicht realisiert“, erkl?rt Dr. Benjamin Brecht, Physiker an der Universit?t Paderborn.
Die Paderborner Wissenschaftler*innen haben ein sogenanntes Multi-Ausgangs-Quantenpuls-Gatter (mQPG) entwickelt. Es trennt die eingehenden Buchstaben in verschiedene Ausgangsfarben, die die Physiker*innen mit einem Spektrometer erkennen k?nnen. Au?erdem haben sie einen vollst?ndigen hochdimensionalen Decoder auf Basis des mQPG demonstriert, der Verschlüsselungsprotokolle auf der Grundlage einzelner Photonen erm?glicht. ?Die Vielseitigkeit des mQPG macht es zu einer wertvollen Ressource für viele Anwendungen der Quantenkommunikation und er?ffnet zus?tzlich weitere M?glichkeiten für alle auf tempor?ren Moden basierenden Technologien“, so Brecht.
Die Forschung wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im QuantERA-Projekt ?QuICHE” gef?rdert, an dem die Universit?t Paderborn beteiligt ist.
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