Beim Quanteninternet will man sich die besonderen Phänomene der Quantenphysik unter anderem für absolut abhörsichere Kommunikation zunutze machen. Eine Möglichkeit dafür ist die quantenkryptographische Verschlüsselung von Information mithilfe verschränkter Lichtteilchen (Photonen).

Das quantenphysikalische Phänomen der Verschränkung besagt, dass zwei Quantensysteme – in diesem Fall zwei Lichtteilchen – wie durch Geisterhand miteinander verbunden bleiben. Die Messung an einem legt unmittelbar den Zustand des anderen fest, auch wenn sie beliebig weit voneinander entfernt sind.

Von Malta nach Sizilien und zurück

Das internationale Team um Robert Ursin und Anton Zeilinger vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation Wien (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und der Universität Wien erzeugte in dem Experiment an der Kommunikationsstation an der Küste Maltas zunächst Paare von (über die Polarisation) verschränkten Lichtteilchen. Eines der beiden Photonen wurde direkt an dieser Station gemessen. Das andere wurde über ein Untersee-Glasfaserkabel über 96 Kilometer bis an die Küste Siziliens gesendet und von dort wieder zurück nach Malta geschickt. Dort wurde es schliesslich ebenfalls gemessen.

Für die Methode, Quantenschlüssel mithilfe von polarisationsverschränkten Lichtteilchen über längere Distanzen auf der Erde einzusetzen, bedeutet die überbrückte Strecke von insgesamt 192 Kilometern einen neuen Rekord, betonen die Physiker in einer Aussendung. Bei dem Versuch konnten vier Bits pro Sekunde an Information übermittelt werden.

Würde jemand versuchen, die Information, die das auf Reisen geschickte Lichtteilchen trägt, auszulesen, würde dies seinen quantenphysikalischen Zustand aufgrund physikalischer Gesetzmässigkeiten umgehend ändern. Ein solcher Abhörversuch würde damit sofort auffliegen.

Überraschend stabil

Die Wissenschaftler waren von der «unerwartet hohe Stabilität der gewählten Methode» überrascht. Über einen Zeitraum von mehr als sechs Stunden konnte die Verbindung ohne weitere Stabilisierungen über die lange Distanz aufrechterhalten werden.

Damit zeige sich ihr «grosses Potenzial gerade in Verbindung mit herkömmlicher Telekommunikations-Infrastruktur für die Schaffung eines Quanteninternet der Zukunft». Denn neben Satelliten würden Glasfaserkabel eine wichtige Rolle beim bevorstehenden Aufbau einer abhörsicheren Infrastruktur spielen. «Sehr viele der heutigen Glasfaserverbindungen sind am Meeresgrund verlegt. Mit dem Experiment gilt es nun als gesichert, dass sich diese auch sehr gut für die Übertragung von Quantenzuständen eignen», so Physiker Ursin.

Fachartikelnummer - DOI: 10.1038/s41534-019-0238-8