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.