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von Nadeschda Alexejewa<\/em><\/p>\n Wissenschaftler des Zentrums f\u00fcr Quantentechnologien der Fakult\u00e4t f\u00fcr Physik an der Moskauer Staatlichen Universit\u00e4t (MGU, bekannt auch als Lomonossow-Universit\u00e4t) haben Ger\u00e4te zur \u00dcbertragung von quantengesch\u00fctzten Informationen \u00fcber eine drahtlose Datenverbindung getestet. In einem Interview mit RT<\/em> erkl\u00e4rte Sergei P. Kulik, dass auch in diesem Fall die Daten mittels eines Lasers \u00fcbertragen werden, so dass die Verbindung innerhalb der Sichtlinie hergestellt werden kann. Er ist wissenschaftlicher Leiter des Zentrums, Doktor der Naturwissenschaften in Physik und Mathematik und Lehrstuhlinhaber f\u00fcr Quantenelektronik. Sogenannte Quantentechnologien sind w\u00fcnschenswert und notwendig, wenn absoluter Datenschutz erforderlich ist, so die Entwickler. Daher hat die MGU bereits Apparaturen f\u00fcr die Schaffung solcher Kommunikationskan\u00e4le sogar vermittels von Low-Orbit-Satelliten vorbereitet. Die besser gesch\u00fctzte Quantenkommunikation k\u00f6nnte aber sogar auch zur Steuerung von Drohnen n\u00fctzlich sein.<\/p>\n RT: Sergei Pawlowitsch, in Ihren Interviews mit RT berichteten Sie bereits dar\u00fcber, wie die Quantenkommunikation funktioniert. Erl\u00e4utern Sie bitte noch einmal kurz, was Quantenkommunikation ist und welche Merkmale sie hat. <\/strong><\/p>\n Sergei P. Kulik<\/strong>: “Das Hauptmerkmal und der Vorteil der Quantenkommunikation ist ein au\u00dfergew\u00f6hnliches Ma\u00df an Datensicherheit. Grunds\u00e4tzlich werden die Datensicherheit und Geheimhaltung von Kommunikation gew\u00e4hrleistet durch teils auch noch h\u00e4ufig wechselnde kryptografische Schl\u00fcssel, die zwischen beiden Teilnehmern vereinbart oder ausgetauscht wurden. Bei der Quantenkommunikation wird eine neue Art des Austauschs von kryptografischen Schl\u00fcsseln verwendet \u2013 basierend auf spezifischen Quanteneigenschaften, so etwa von Lichtquanten. Die Schl\u00fcssel werden aus einem Strom einzelner Photonen generiert. Jeglicher \u00e4u\u00dferer Einfluss auf den Informationsstrom f\u00fchrt zur Zerst\u00f6rung des urspr\u00fcnglichen Photonenzustands. Sobald die Fehlerquote bei der Schl\u00fcsselbildung den kritischen Wert f\u00fcr das verwendete Protokoll \u00fcbersteigt, wird die \u00dcbertragung abgebrochen. Es erfolgt eine einzige Messung, sobald das jeweilige Photon das vorgesehene Empfangsger\u00e4t am anderen Ende der Verbindung erreicht, und w\u00e4hrend dieses Vorgangs verschwindet das Teilchen.<\/p>\n Bei der Quantenkommunikation werden zwei Kan\u00e4le zur Daten\u00fcbertragung genutzt: \u00dcber den “Quantenkanal” werden die Quantenzust\u00e4nde des Lichts \u00fcbertragen, w\u00e4hrend die weiteren erforderlichen Informationen auf klassischem Wege ausgetauscht werden, um das Datenprotokoll der Quantenkryptographie korrekt ablaufen zu lassen.<\/p>\n Die Technologie der Quantenkommunikation setzt voraus, dass zuerst die Schl\u00fcssel unter den Teilnehmern ausgetauscht werden und danach damit die zu \u00fcbertragende Information verschl\u00fcsselt wird. Die Information, die mit Quantenschl\u00fcsseln chiffriert ist, l\u00e4sst sich sowohl \u00fcber Glasfaser- als auch \u00fcber atmosph\u00e4rische (drahtlose) Kan\u00e4le \u00fcbertragen.<\/p>\n Die Technologie der Quantenkommunikation wird stetig weiterentwickelt, so wie in Russland auch in der ganzen Welt. In unserem Land besteht diese Kommunikation l\u00e4ngst aus ganzen Netzwerken und nicht mehr nur aus einer einzigen Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen nur zwei Teilnehmern. Eines dieser Netze wurde Ende letzten Jahres an der Moskauer Staatlichen Lomonossow-Universit\u00e4t (MGU) vorgestellt. Das verzweigte System umfasst inzwischen mehr als 20 Teilnehmer auf dem Campus der MGU und erstreckt sich sogar bis zum Sitz unseres Industriepartners “InfoTeCS<\/a>” [Informations-Technologie und Kommunikations-Systeme]<\/em>, eines Herstellers von Quantenkryptografie-Ger\u00e4ten, der mehr als 40 Kilometer entfernt liegt.”<\/p>\n RT: Wie funktioniert, wie erfolgt die \u00dcbertragung von Quanteninformationen \u00fcber atmosph\u00e4rische Kommunikationswege?<\/strong><\/p>\n Sergei P. Kulik<\/strong>: “Die Technologie funktioniert unter Einsatz eines Lasers \u2013 die Quelle von Quasi-Ein-Photon-Zust\u00e4nden. Ein anderer Name f\u00fcr den Laser\u00a0lautet Optischer Quantengenerator. F\u00fcr die Quantenkommunikation wird der Laser so justiert, so dass in jedem seiner Impulse nur sehr wenige Photonen enthalten sind. Jedem Photon werden bestimmte Eigenschaften zugewiesen, abh\u00e4ngig von dem verwendeten Quantenkryptographie-Protokoll.<\/p>\n Nicht alle Photonen gelangen zum Empfangsger\u00e4t, aber einige erreichen das Ziel. Die Empf\u00e4ngerseite besitzt ein Empfangs-Modul \u2013 ein Objektiv mit einer ziemlich gro\u00dfen Apertur [Apertur<\/a> nennt man das Ma\u00df der \u00d6ffnungsweite eines optischen Ger\u00e4ts<\/em>\u00a0zum Senden oder Empfangen von Licht]<\/em>. Anschlie\u00dfend gelangt jedes Photon in ein spezielles optisches System, den Detektor, der die Information der aufgefangenen Photonen in Daten umwandelt, die einen kryptografischen Schl\u00fcssel bilden.<\/p>\n Die Verwendung eines Kommunikationsweges durch die Atmosph\u00e4re hat sowohl Vor- als auch Nachteile. Der Nachteil ist die Vorbedingung einer direkten Sichtverbindung zwischen den Teilnehmern und die notwendige Barrierefreiheit zwischen ihnen, um die Daten auch wirklich zu \u00fcbertragen. Solche Kommunikation ist daher stark wetterabh\u00e4ngig: Bei Schneefall oder Nebel wird es nicht m\u00f6gliche sein, kryptographische Schl\u00fcssel \u00fcber den atmosph\u00e4rischen Kanal auszutauschen. Inzwischen ist dieses Problem jedoch gel\u00f6st \u2013 die Schl\u00fcssel werden mit einer kleinen zeitlichen Reserve verteilt, die alten Schl\u00fcssel k\u00f6nnen noch einige Zeit lang neue Informationen verschl\u00fcsseln.<\/p>\n In unseren Systemen werden die Schl\u00fcssel (mit einer L\u00e4nge von 256 Bit) mit einer Geschwindigkeit von mehreren Schl\u00fcsseln pro Minute oder schneller erzeugt.<\/p>\n Der Vorteil liegt darin, dass der drahtlose \u00dcbertragungsweg auch dort genutzt werden kann, wo keine Glasfaserkabel verlegt werden k\u00f6nnen.”<\/p>\n RT: Das Zentrum f\u00fcr Quantentechnologien der physikalischen Fakult\u00e4t an der Moskauer Staatlichen Universit\u00e4t hat vor Kurzem Hardware zur \u00dcbertragung von Quantenschl\u00fcsseln und von Informationen, die mit Quantenschl\u00fcsseln gesch\u00fctzt war, \u00fcber atmosph\u00e4rische Kommunikationswege getestet. Bitte erkl\u00e4ren Sie uns diese Arbeiten.<\/strong><\/p>\n Sergei P. Kulik<\/strong>: “Diese Arbeit werden von uns schon seit Langem vorangetrieben, und wir haben solche Hardware auch schon viele Male getestet. Gerade gestern sind wir bei diesem Projekt wieder einen Schritt vorangekommen und haben eine neue technische Stufe erreicht. Das System besteht aus zwei Terminals, die \u00fcber einen atmosph\u00e4rischen Kanal in einigen Kilometern Entfernung innerhalb der Grenzen der Sichtverbindung miteinander verbunden sind. Dar\u00fcber hinaus konnten wir bereits eine Verteilung von Schl\u00fcsseln \u00fcber einen atmosph\u00e4rischen Kanal und auch an ein mobiles Objekt realisieren. Es handelte sich um ein unbemanntes Luftfahrzeug, das in einem Radius von einigen hundert Metern um den Sender flog.<\/p>\n Wir haben noch ein weiteres Projekt, das sich bisher wegen der B\u00fcrokratie verz\u00f6gert hat: die Rede ist von einer Verteilung von Schl\u00fcsseln f\u00fcr Satelliten in niedriger Umlaufbahn. Auf diesem Gebiet verf\u00fcgt unser Zentrum \u00fcber einen umfangreichen Vorlauf: die notwendige Hardware wurde entwickelt und Prototypen wurden hergestellt.”<\/p>\n RT: Wie anspruchsvoll ist die Hardware, die ben\u00f6tigt wird, um Quantenkommunikation \u00fcber einen atmosph\u00e4rischen Kanal zu realisieren?<\/strong><\/p>\n Sergei P. Kulik<\/strong>: “Zum Einsatz kommen sowohl Spezialger\u00e4te als auch die klassischen Ger\u00e4te der Telekommunikation. Mit speziellen Ger\u00e4ten werden Photonen erzeugt, umgewandelt und aufgezeichnet. Das sind einzigartige Ger\u00e4te, obwohl \u2013 ich wiederhole es \u2013 sowohl wir als auch andere wissenschaftliche Teams seit Langem in diesem Feld t\u00e4tig sind.<\/p>\n Auch die \u00fcblichen Telekommunikationsger\u00e4te kommen zum Einsatz: Teleskope, Ger\u00e4te zur Umwandlung und Kontrolle optischer Signale.”<\/p>\n RT: Wie gro\u00df ist die maximale Distanz, \u00fcber die Daten auf diese Weise \u00fcbertragen werden k\u00f6nnen?<\/strong><\/p>\n Sergei P. Kulik<\/strong>: “Am besten funktioniert diese Technologie im Weltraum, wo es keine Aerosole oder Luftverunreinigungen gibt. Wichtig ist der Begriff der Beugungsdivergenz. Normalerweise ist der Winkel dieser Divergenz nicht sehr gro\u00df, so dass die Daten im Weltraum \u00fcber Tausende von Kilometern unter den Bedingungen der direkten Sichtverbindung \u00fcbertragen werden k\u00f6nnen. Auf dem Erdboden liegen die Rekordwerte bei Hunderten von Kilometern, aber in einem Ballungsraum sind es wegen der hohen Luftverschmutzung meist nur einige Kilometer.<\/p>\n Allerdings gibt es zahlreiche Auftraggeber, f\u00fcr die es von Bedeutung ist, eine solche \u00dcbertragung nicht \u00fcber viele Kilometer, sondern nur \u00fcber einige Hundert Meter zu erm\u00f6glichen. Dies ist dann erforderlich, wenn die Daten\u00fcbertragung auf gr\u00f6\u00dfere Distanz bereits \u00fcber Glasfaserkabel erfolgt, denn dann bleiben kleine Abschnitte, wo die Verlegung schwierig oder unpraktisch ist. Hier wird dann der atmosph\u00e4rische Kanal f\u00fcr die Daten\u00fcbertragung genutzt. Bildlich gesprochen k\u00f6nnen diese Gebiete mit der bekannten “letzten Meile” zum Endnutzer verglichen werden.<\/p>\n Normalerweise handelt es sich dabei etwa um die Standorte von Gro\u00dfunternehmen. Manche Abteilungen sind in mehreren Geb\u00e4uden untergebracht, und der atmosph\u00e4rische Kanal erm\u00f6glicht auch dann eine verschl\u00fcsselte Kommunikation zwischen ihnen.”<\/p>\n RT: Sie haben bereits die St\u00f6rfaktoren in Form von Aerosolen und Schnee erw\u00e4hnt, die eine solche Kommunikation st\u00f6ren. Gibt es neben der kurzzeitigen Verwendung bereits veralteter Schl\u00fcssel noch andere L\u00f6sungen f\u00fcr dieses Problem?<\/strong><\/p>\n Sergei P. Kulik<\/strong>: “Solche L\u00f6sungen gibt es nicht, denn die Inkaufnahme der m\u00f6glichen St\u00f6rungen sind der Preis f\u00fcr die hohe Datensicherheit der Kommunikation, die Nebenkosten, sozusagen.”<\/p>\n RT: In welchen anderen Anwendungsbereichen k\u00f6nnte diese Technologie eingesetzt werden? Zum Beispiel gibt es Berichte \u00fcber den m\u00f6glichen Einsatz f\u00fcr die Kommunikation mit unbemannten Fahrzeugen.<\/strong><\/p>\n Sergei P. Kulik<\/strong>: “Ja, wir haben bereits solche Ger\u00e4te entwickelt, die bei Bedarf auch auf unbemannten Objekten, etwa Drohnen eingesetzt werden k\u00f6nnen. Das Niveau des Datenschutzes ist dabei sehr hoch. Ich glaube jedoch nicht, dass Drohnen \u00fcberhaupt eine so hohe Datengeheimhaltung brauchen. Hauptanwendungsgebiet ist nach wie vor die Kurzstreckenkommunikation sensibler Daten in st\u00e4dtischen Gebieten und langfristig auch der Einsatz im Weltraum.<\/p>\n F\u00fcr den Weltraum ist die Technologie von gro\u00dfer Bedeutung, da der Einsatz auf Satelliten mit niedriger Umlaufbahn dann sehr gro\u00dfe Gebiete mit sicherer Kommunikation abzudecken vermag. Das ist eine komplexe Aufgabe, die aber praktisch schon gel\u00f6st ist. Heute ist das in Russland nicht einmal eine Frage der Technik, sondern eine Aufgabe rein organisatorischer Natur.”<\/p>\n \u00dcbersetzung aus dem <\/em>Russischen<\/em><\/a><\/p>\n Mehr zum Thema<\/strong> – Wissenschaft: Australische Forscherin kommt dem Quantencomputer ein St\u00fcck n\u00e4her<\/a><\/p>\n<\/div>\n