Großer Schritt zu Quantenkryptographie via Satellit

Wissenschaftlern der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) ist es gelungen, eine sichere Übertragung von Kryptographie-Schlüsseln über größere Entfernungen sicherzustellen. Schon länger gilt die Quantenkryptographie als Technologie der Wahl, wenn die Kommunikation zwischen zwei Punkten wirklich abhörsicher gestaltet werden soll. Hier werden an Stelle von klassischen Bits quantenmechanische Zustände von einzelnen Lichtteilchen verwendet. Anders als in der klassischen Kryptographie, ist die Sicherheit des Schlüsselaustauschs auf Basis der Quantenmechanik beweisbar. Jedes Abhören würde sofort das Verhalten der Teilchen stören und damit bemerkt werden.

Diese Verschlüsselungstechnik wird bereits vereinzelt von Regierungen und Banken eingesetzt. Die Datenübertragung funktioniert entweder über Glasfasern oder über die Luft. In beiden Fällen lassen sich sichere Schlüssel jedoch nur über eine Strecke von 100 bis 200 Kilometern erzeugen, da die Fehlerrate der Übertragung mit der Länge der Strecke zunimmt.

Könnte man die Verschlüsselungstechnik jedoch via Satellit einsetzen, dann wäre eine Datenübertragung auf globaler Ebene möglich. Einem Forscher-Team aus München ist es nun in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gelungen, Quantendaten zwischen einem Flugzeug und einer Bodenstation zu übertragen. Damit wurde erstmals eine Verbindung per Quantenkryptografie mit einem sich schnell bewegenden Objekt hergestellt.

Für das Experiment wurde die Quantenübertragung erfolgreich in die Laserkommunikationssysteme des DLR integriert. Die Organisation konnte hier seine Erfahrung und Expertise im Bereich der Laserkommunikation einbringen. "Das zeigt, dass die Quantenkryptografie eine Erweiterung für bestehende Systeme sein kann", sagte Sebastian Nauerth von der LMU.

Zwischen der Empfängerstation am Boden und dem Sender auf dem Flugzeug wurden Lichtsignale gesendet. Bei der Übertragung von einem mobilen Sender war die besondere Herausforderung, die Lichtteilchen trotz der Vibrationen im Flugzeug zielgenau zum Teleskop zu bringen. "Mit Hilfe von schnell beweglichen Spiegeln konnte auch während des Fluges eine Zielgenauigkeit von weniger als drei Meter über 20 Kilometer Entfernung erreicht werden", erklärte Florian Moll, Projektleiter am DLR-Institut für Kommunikation und Navigation.

Die Bedingungen des Experiments waren hinsichtlich des beobachteten Signalverlusts und der Luftturbulenzen vergleichbar mit den Bedingungen bei der Kommunikation zu Satelliten. Gleiches gilt für die Winkelgeschwindigkeit des Flugzeugs. Damit haben die Wissenschaftler mit ihrem Experiment einen wichtigen Schritt hin zu abhörsicherer Kommunikation via Satellit gemacht. Licht, Laser, Photonen Andrew