Es ist wahrscheinlich eines der kleinteiligsten Labors weltweit. Die Zahl der Dinge, die auf Schreibtischen, Werkbänken, in Regalen und Schubladen liegen, muss in die Millionen gehen. Kein Wunder, dass Hannes Hübel, der Leiter des Labors, den einen Chip, um den sich hier mehr oder weniger alles dreht, spontan nicht finden kann, obwohl hier offensichtlich alles an dem Platz ist, an den es gehört. "Weiß jemand, wo der Chip ist?", fragt Hübel in die Runde.

Wir sind im Labor für Quantenforschung am AIT Austrian Institute of Technology in der Giefinggasse in Wien-Floridsdorf. In diesem Labor entsteht unter anderem die Lösung für eines der drängendsten Probleme des digitalen Zeitalters: Den Schutz sensibler Daten vor unerwünschten Mitnutzern. Hannes Hübel und sein Team machen sich die Erkenntnisse der Quantenmechanik zunutze, um zum Beispiel absolut sichere Verschlüsselung zu ermöglichen - für selbstfahrende Autos, für Onlinebanking, den Austausch medizinischer Daten, Energienetzwerke oder eben E-Voting. Die Quantentechnologie ist bereits so weit entwickelt, dass sie für zahlreiche digitale Anwendungen von großem Nutzen wäre. Leistbar und alltagstauglich ist die Technologie noch nicht. "Die Technologie soll vor allem kleiner und kostengünstiger werden", erklärt Hannes Hübel.

Das Quanten-Labor des AIT Austrian Institute of Technology. - © Christoph Liebentritt
Das Quanten-Labor des AIT Austrian Institute of Technology. - © Christoph Liebentritt

Das AIT arbeitet dazu in einem internationalen Forschungsprojekt mit Namen "Uniqorn" mit Forschungseinrichtungen und Unternehmen in ganz Europa zusammen. Das Projekt läuft drei Jahre, bis Oktober 2021. Wenn alles gut geht, bringt Uniqorn die komplexe Photonentechnologie auf einen industriell gefertigten optischen Chip, der sich nahtlos in bestehende Systeme und Netzwerke einfügt und damit zum Beispiel Quantenverschlüsselung für den Hausgebrauch ermöglicht.

Der Sicherheitsfaktor

Physiker Hannes Hübel im Quanten-Labor des AIT in Wien-Floridsdorf. - © Christoph Liebentritt
Physiker Hannes Hübel im Quanten-Labor des AIT in Wien-Floridsdorf. - © Christoph Liebentritt

Der große Vorteil quantentechnologischer Systeme ist ihre Sicherheit. Daten, die quantenkryptografisch verschlüsselt wurden, sind quasi nicht zu hacken.

Konventionelle Verschlüsselung beruht auf komplexen mathematischen Problemen, deren Lösung mehr Rechenleistung erfordert als derzeit zur Verfügung steht. Die Betonung liegt auf derzeit, denn auch konventionelle Computertechnik entwickelt sich weiter. "Mit herkömmlicher Computertechnik können Sie keine wirklich sichere Datenübertragung herstellen, zumindest keine, die auch in zehn Jahren noch abhörsicher ist", sagt Hübel.

In der Quantenphysik gelten andere Regeln als in der klassischen Physik. Quanten, zum Beispiel Photonen oder Atome, können sich zugleich in mehreren Zuständen befinden. Sie können an mehreren Orten gleichzeitig sein oder zugleich viel und wenig Energie haben. Erst eine Beobachtung, also etwa eine physikalische Messung, schreibt einen Zustand fest und beendet die Gleichzeitigkeit der vielen Zustände, die sogenannte Überlagerung oder Superposition. Der quantenkryptografisch relevante Clou: Werden zwei Quanten zu einem gemeinsamen System verschränkt, bleiben sie verbunden, auch wenn man sie trennt. Manipuliert man den Zustand des einen Quants, ändert sich auch der Zustand des anderen. Die bloße Beobachtung reicht. An quantenkryptografisch gesicherten Daten würde somit auch ein Quantencomputer zwangsläufig scheitern: Hackingversuche können aufgrund von Superposition und Verschränkung nicht unbemerkt bleiben.