Chinesische Wissenschafter haben unlängst einen weit entfernten Quantenschlüsselaustausch ohne jegliche Zwischenrelais realisiert. Laut einem entsprechenden Bericht, der am Montag in der jüngsten Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift „Nature“ veröffentlicht wurde, erfolgte die direkte Quantenübertragung mit einem historisch beispiellosen Abstand von 1.120 Kilometer.

Das jüngste erfolgreiche Experiment legt Wissenschaftlern zufolge eine Grundlage für die Weiterentwicklung der Quatennetzwerk-Technollogie, die eine Vielzahl von revolutionären Anwendungen, wie etwa verteiltes Rechnen, ermöglichen könnte, auch wenn die tatsächliche Anwendung noch einige Jahre auf sich warten lassen könne, so die Forscher.

Quantenschlüsselaustausch, auch als QKD bekannt, ist eine Technologie für eine abhörsichere Kommunkation, die sich auf die Eigenschaften der Quantenmechanik stützt, nämlich die der Quantenverschränkung. Nach heutigem Wissensstand entsteht eine Quantenverschränkung, wenn Quantenobjekte in einer Quelle gemeinsam als Paar erzeugt werden. Sind zwei Quanten miteinander verschränkt, existiert eine seltsame, dauerhafte Bindung zwischen ihnen, egal wie weit sie voneinander entfernt sind. Dabei konnte der bislang gängige QKD Wissenschaftlern zufolge überwiegend anhand der Glasfasern realisiert werden. Mit nur wenigen Ausnahmen wurden auch die so genannten Quantensatelliten eingesetzt, so die Forscher.

Pan Jianwei, Leiter des Forschungsprojekts, der im Volksmund allgemein als „Vater der Quanten in China“ berühmt ist, sagte:"Der Quantenschlüsselaustausch ist theoretisch abhörsicher. In der Kommunikationspraxis gab es jedoch etliche Unvollkommenheiten, etwa bei Photonen-Quellen und bei gewissen Empfangseinrichtungen und Relais-Anlagen, die bei der Datenübertragung zu Sicherheitsrisiken führen könnten. “

Außerdem sei der QKD, der anhand der Glasfasern erfolge, anfällig gegenüber Störeinflüssen und auch nicht imstande, die Signale in großer Entfernung ohne Zwischenverstärker zu senden, sagte Pan. Um diese Unzugänglichkeiten zu beheben, hat das Forschungsteam eine neue QKD-Übetragungstechnologie entwickelt, die statt herkömmlichen Glasfasern und Boden-Relais Satelliten einsetze.

Anhand des chinesischen Forschungssatelliten “Micius“, der im August 2016 in die Erdumlaufbahn befördert wurde, gelang es den Wissenschaftlern, mit einer Geschwindigkeit von 0,12 bits pro Sekunde die mit dem geheimen Schlüssel signierten Daten zwischen zwei Bodenstationen Delingha und Urumqi im nordwestchinesischen Autonomen Gebiet Xinjiang, die 1.120 Kilometer voneinander entfernt liegen, zu übertragen.

In der wissenschaftlichen Fachwelt herrscht allgemein die Auffassung, dass der neue Druchbruch von Pan Jianweis Team einen bedeutenden Schritt zum künftigen Aufbau eines globalen Quantenkommunikationsnetzwerks darstelle, da das Experiment insbesondere zum Einsatz und Austausch quantenkryptografischer Schlüssel über bisher unerreichte Distanzen wertvolle Erkenntnisse liefern konnte.

Gilles Brassard, Begründer der Theorie der Quanten-Krytographie, sagte, das neue Experiment sei inzwischen ein schwieriges Unterfagen, wovon Krytologinnen und Krytologen aus aller Welt in mehreren tausend Jahren nur geträumt hätten