Kontakt

Laser Components Germany GmbH
Werner-von-Siemens-Str. 15
82140 Olching / Germany

Telefon: +49 (0)8142 / 28 64-0
Fax: +49 (0)8142 / 28 64-11

E-Mail:info@lasercomponents.com

Nehmen Sie Kontakt mit uns auf. Wir sind gerne für Sie da!

(Felder mit einem * sind Pflichtfelder)
Kontaktaufnahme:
  • English
  • Deutsch
  • Français

Photonics News 87

Lesen Sie unsere Firmenzeitschrift Photonics News und bleiben Sie auf dem aktuellen Stand. Dort erhalten Sie in gebündelter Form alle Technologie- und Produktneuigkeiten und aktuelle Informationen zum Unternehmen LASER COMPONENTS.
Abonnieren Sie das Magazin noch heute – für Sie kostenlos!

Newsletter abbonieren

Wie Quantenkryptographie funktioniert

Photonics News 87

Anwendungsfelder von COUNT® Modulen


Das Thema Datensicherheit und im Speziellen der Datenaustausch ist immer wieder in den Fokus der Medien und der Öffentlichkeit. Doch wie kann verhindert werden, dass Daten von einer dritten Partei abgehört werden? Die Lösung hierzu findet sich in der Kryptografie: die Nachricht muss verschlüsselt werden. Jedoch birgt auch dies ein Risiko. Was, wenn der Schlüsselaustausch zwischen zwei Parteien abgehört wird? Genau hier setzt die Quantenkryptografie an.

Die Grundidee der sogenannten „Quantum Key Distribution“ (QKD) ist es, einzelne Photonen anstatt ganzer Photonenbündel zu verwenden. So kann ein Mithörer (in der Quantenmechanik „Eve“ genannt) die Photonen, die von einer Person A zu einer Person B gesendet werden  (in der Quantenmechanik heißen diese Personen „Alice“ und „Bob“) nicht einfach abzweigen, er müsste sie kopieren und diese dann detektieren, damit der Datenklau bei Bob nicht auffällt. Doch genau dies ist in der Quantenmechanik nicht möglich („No-cloning Theorem“).

Wie so eine Schlüsselerzeugung zum Kodieren und Dekodieren von Daten aussehen kann, zeigt Abb. 1. Dieses sogenannte BB84 Protokoll (von Bennett und Brassard im Jahr 1984 entwickelt) nutzt die Polarisation der Photonen als Hilfsmittel, eine Schlüsselsequenz zu erzeugen. Alice wählt einen der vier Polarisationszustände H (horizontal), V (vertikal), +45° und -45° aus und sendet ein solches Photon zu Bob. Dabei muss sie vorher festlegen, welchen Bitwert die zwei orthogonal zueinander stehenden Polarisationszustände haben: 0 oder 1. In unserem Beispiel entspricht H der Null, V der Eins, 45° der Null und -45° der Eins. Empfängt Bob nun ein solches Photon, entscheidet er, ob er in der Basis H/V oder in der Basis 45°/-45° misst und notiert sich den Polarisationszustand (und damit den Bitwert) seines Photons. Bob kommuniziert nun klassisch mit Alice und beide gleichen ihre Basiswahl miteinander ab. Diese Information, mit welcher Eve nichts anfangen kann, da sie die genauen Ergebnisse nicht kennt, reicht für Alice und Bob aus, zu wissen, welche Bitwerte sie für ihren Schlüssel verwenden können.1

Eine Weiterentwicklung des BB84-Protokolls bedient sich verschränkter und damit in ihren Eigenschaften stark korrelierter Photonen, die von einer Quelle aus gleichzeitig an Alice und Bob geschickt werden. Eine solche Quelle haben Experimentalphysiker unter anderem an der Universität Innsbruck in der Photonik-Gruppe von Prof. Weihs realisiert: eine gepulste Sagnac-Quelle polarisationsverschränkter Photonen2. Hier bedient man sich eines nichtlinearen Kristalls, der aus einem höherenergetischen Photon bei einer Wellenlänge von 404 nm zwei niederenergetische Photonen bei 808 nm erzeugt. Detektiert werden die Photonen mit zwei „COUNT®“-SPADs von LASER COMPONENTS.

So abhörsicher diese beiden Verfahren theoretisch sind, in der Praxis hat man mit vielen Fehlerquellen zu kämpfen. Die signifikantesten sind die Einzelphotonendetektoren, die Alice und Bob benutzen. In der Theorie wird von perfekten, identischen Detektoren mit Detektionseffizienzen von 100% ausgegangen, doch dies ist in der Praxis nie der Fall.

Genau diesen Unterschied in der Detektionseffizienz von zwei Detektoren nutzen Quanten-Hacker aus, um an den Schlüssel zu gelangen³. Eine alternative Herangehensweise „blendet“ die SPADs mithilfe eines Lichtpulses und nutzt diese „Blindphase“ des Detektors um Informationen abzugreifen4.

Dank diesem Aufzeigen der Fehlerquellen durch Quanten-Hacker konnten Forschungsgruppen mittlerweile auch für diese Probleme Lösungsansätze ausarbeiten und eine „Messgerätunabhängige“ Variante der QKD entwickeln5.

Auch die Industrie kann ihren Teil dazu beitragen, dass die Verfahren effizienter und präziser werden, deshalb ist ein regelmäßiger Austausch von Forschung und Industrie enorm wichtig.

 

1http://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/quanten-technik/quanten-kryptographie/
2http://www.uibk.ac.at/exphys/photonik/people/parametric-downconversion.html
3http://arxiv.org/abs/quant-ph/0702262
4http://arxiv.org/pdf/1008.4593v2.pdf
5http://arxiv.org/abs/1109.1473

 


Sichere Kommunikation von Regierungsorganisationen

Mit QuNET wurde im Mai 2019 ein BMBF Projekt initiiert, bei dem ein Pilotnetz zur Quantenkommunikation in Deutschland entwickelt und aufgebaut wird. Ziel ist die abhörsichere Kommunikation in Staat und Verwaltung, bei der jeder Abhörversuch sicher bemerkt wird. Schon jetzt gehört die Forschung in der Quantentechnologie zur internationalen Spitze. Die Bundesregierung stellt in dieser Legislaturperiode 650 Millionen Euro für den weiteren Ausbau bereit.

https://www.bmbf.de/de/sicher-kommunizieren-­mit-quantentechnologie-8682.html


Weitere Produktinformationen:
Photonenzählwerke - Single Photon Counting Module mit APDs

Hersteller:
LASER COMPONENTS Germany / Photon Counting

Kontakt:

Ansprechpartner:    Dr. Olga Stroh-Vasenev
Firma:    Laser Components Germany GmbH
Adresse:    Werner-von-Siemens-Str. 15
PLZ / Ort:    82140 Olching
Telefon:    +49 (0) 8142 2864-48
Fax:    +49 (0) 8142 2864-11
E-Mail:    olga.stroh-vasenev@lasercomponents.com
 

Abb. 1 Schematische Darstellung des Quantenschlüsseltauschs zwischen Alice und Bob

Photonics News abonnieren

Sie möchten sich regelmäßig über unsere Produkte und Services informieren? Abonnieren Sie hier unsere kostenfreie Photonics News und seien Sie ständig auf dem neuesten Stand.

Gedruckte Version abonnierenNewsletter abonnieren.

Ihr Ansprechpartner

Laura Dreßler

+49 (0) 8142 2864-135