Wien. Wiener Physikern ist es erstmals gelungen, ein Netzwerk mit vier Teilnehmern aufzubauen, in dem Informationen quantenphysikalisch verschlüsselt verteilt werden. Die aufgrund der Quantenmechanik garantiert abhörsichere Kryptografie könne mit dem "geschickten" neuen Ansatz einen wichtigen Schritt Richtung Quanteninternet machen, betont Rupert Ursin vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der Akademie der Wissenschaften in der im Fachblatt "Nature" erschienenen Arbeit.

Das Phänomen der Verschränkung besagt, dass zwei Teilchen - etwa Photonen - wie durch Geisterhand miteinander verbunden bleiben: Die Messung an einem legt unmittelbar den Zustand des anderen fest. Misst man an einem dieser Teilchen etwa die Richtung der Lichtschwingung, zeigt sich dass das Partnerteilchen auch in derselben Richtung schwingt.

Der Effekt findet bereits Anwendung in der Quantenkryptografie. Mit seiner Hilfe lassen sich Code-Schlüssel auf absolut abhörsichere Weise übermitteln. Versucht ein Dritter mitzuhören, schlägt das System sofort Alarm.

Größere Dimension möglich

Die meisten Ansätze zielen darauf ab, abhörsichere Schlüssel zwischen zwei Gesprächspartnern zu erstellen. "Das ist aber nicht, was man in einem modernen Quanteninternet brauchen wird", so Ursin. Wie in einem klassischen Netzwerk soll auch dort jeder mit jedem kommunizieren können. Bisherige Systeme schaffen das aber nur mit komplexen und mitunter fehleranfälligen Hardware-Setups, mit denen die Schlüssel für jeden Nutzer generiert werden. Trotzdem konnte so nur eine stark begrenzte Anzahl an Verbindungen realisiert werden.

Dem Wiener Team um Ursin ist es nun in Zusammenarbeit mit dem Austrian Institute of Technology gelungen, ein "Fully connected network" - sozusagen ein "Rundum verbundenes Netzwerk" - aufzubauen. In dem System gibt es nur eine Quantenquelle, die die verschränkten Photonenpaare herstellt. Die Lichtteilchen sind hier aber nicht nur hinsichtlich ihrer Polarisation verbunden. Die erweiterten Quantenquellen schaffen auch farbliche Verschränkungen.

Die Farben nutzen die Forscher, um die Photonen immer paarweise eindeutig den Netzwerk-Usern zuzustellen. In Verbindung mit der ebenso verschränkten Polarisation erlaube das, größere Netzwerke aufzuspannen, "wo jeder mit jedem ein verschränktes Paar bekommt. Da sich die Photonen aber in einem noch über mehrere weitere Eigenschaften verschränkten Zustand befinden, sind Systeme mit noch mehr Teilnehmern möglich, ohne dass dafür zusätzliche Übertragungsfasern verlegt werden müssen. Wie groß diese Netzwerke tatsächlich werden können, sei aber noch nicht klar.