Zeilinger telefoniert quantenverschlüsselt nach China

Zwischen Wien und Peking wurde am Freitag weltweit erstmals ein internationales Videotelefonat geführt, das quantenkryptografischen Methoden verschlüsselt wurde. Bei der Videokonferenz haben Mitglieder der Österreichischen Akademie der Wissenschaften um deren Chef Anton Zeilinger in Wien mit ihren Kollegen von der chinesischen Akademie der Wissenschaften um den Präsidenten Chunli Bai in Peking kommuniziert.

Mit dem quantenverschlüsselten Telefonat wurde demonstriert, dass das Verfahren auch über internationale Distanzen funktioniert. Die erfolgreiche Videokonferenz ist die vorläufige Krönung einer Kooperation zwischen chinesischen und österreichischen Forschern im Projekt QUESS (Quantum Experiments at Space Scale). (Hier erklärt Anton Zeilinger der futurezone, worum es bei der Kooperation geht.)

Abhörsicher

Das besondere an dem quantenkryptografisch verschlüsselten Telefonat ist, dass der verwendete Schlüssel abhörsicher ist. Er wird erzeugt, indem der chinesische Satellit "Micius" ein verschränktes Photonenpaar erzeugt, dessen zwei Lichtteilchen dann jeweils an einen Kommunikationspartner gesendet werden. Durch Messen der Polarisation erhalten beide Teilnehmer - im konkreten Fall in China und Österreich - eine identische Folge aus Nullen und Einsen, die dann zur Verschlüsselung genutzt wird.

Sollte jemand versuchen, den Schlüssel abzuhören, wird die Verschränkung zerstört und der Schlüssel damit unbrauchbar. "Klassische Verschlüsselung häng davon ab, was ich Computern zutraue. Quantenkryptografie nur von Naturgesetzen", sagt der ebenfalls an der Videokonferenz beteiligte Rupert Ursin vom Vienna Center for Quantum Science and Technology gegenüber der futurezone.

Weg zum Quanteninternet

Die österreichische Bodenstation, die den Schlüssel erhält, befindet sich in Graz. "Der Satellit kommt hier alle 90 Minuten vorbei. Der Schlüssel vom Satelliten ist maximal 2000 Kilobit groß", erklärt Ursin. 20 Kilobit wurden verwendet, um zwei Bilder zu verschlüsseln, die dann zwischen Wien und Peking ausgetauscht wurden. Das österreichische Bild zeigt Erwin Schrödinger, das chinesische den chinesichen Philosophen Micius.

Dieser Austausch wurde im One-Time-Pad-Verfahren (OTP) mit dem Quantenschlüssel gesichert - diese Verschlüsselung ist nachgewiesenermaßen nicht zu knacken, auch mit künftigen Computergenerationen nicht. Der Rest der Videokonferenz wurde ebenfalls quantenverschlüsselt, aber nicht mit absolut unknackbarer Verschlüsselung. Hier wurde alle paar Sekunden der Quantenschlüssel gewechselt, da die Datenrate des Satelliten nicht für eine OTP-Verschlüsselung des gesamten Streams ausreicht. "Für einen solchen Quantenschlüssel hätten wir zwei Monate lang Daten sammeln müssen. Die Stärke der Quantenkryptografie ist die Sicherheit, nicht die Geschwindigkeit", sagt Ursin.

Nächste Satellitengeneration

Allerdings ist die im Satelliten verbaute Technik auch schon fünf Jahre alt. Mit heutiger Technik wären einige Megabit pro Sekunde bei der Schlüsselerstellung und -übertragung machbar. Mit der nächsten Satellitengeneration werden demnach schon deutlich größere Datenmengen absolut unknackbar verschlüsselt werden.

Österreich wird hier wohl auch in Zukunft eine wichtige Nebenrolle spielen, bei der Videokonferenz haben alle Beteiligten auf die erfolgreiche bisherige Zusammenarbeit verwiesen und zukünftige weitere Kooperationen angekündigt. "Wir haben eine Marke gesetzt auf dem Weg zum zukünftigen Quanteninternet", sagt Zeilinger.