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Ingenieure bauen Quanten-Laser, der Daten als unhackbare Photonen überträgt

Das Projekt der Stanford-Forscher legt einen weiteren Mosaikstein für den Bau eines komplett verschlüsselten Quanteninternets.

von Christine Kewitz
03 Februar 2016, 2:15pm

Bild: Shutterstock

Forscher der Stanford University haben ein Verfahren entwickelt, mit dem Daten in Lichtpartikeln, also Photonen, gespeichert und verschickt werden können. Solch eine Übertragung wäre im Gegensatz zur heutige Internetkommunikation, bei der Informationen mit Hilfe von Lichtstrahlen über Glasfaserkabel verschickt werden, ein großer Fortschritt—vor allem in Sachen Datenschutz.

Die Quantenkommunikation böte einen ganz besonderen Schutz vor Überwachung, da die Daten weder unbemerkt abgefangen noch ausgelesen werden können. Die Photonen, die die Information übertragen, lassen sich nicht messen, manipulieren oder unbefugt lesen, ohne dabei zerstört zu werden—so würde der Empfänger auch sofort wissen, wenn es einen Hacking-Angriff oder Überwachungsversuch gegeben hätte.

Die Schwierigkeit für eine Quantenübertragung liegt darin, passende Geräte herzustellen, die die Daten nicht nur versenden, sondern auch empfangen können. Dafür entwickelte die Elektroingenieurin Jelena Vuckovic mit ihrem Team aus Stanford einen modifizierten nanoskaligen Laser, der eine Kommunikation über Quantenlicht ermöglicht. Der Laser schickt dabei das Licht durch einen als Filter eingesetzten Galliumarsenid-Chip, der die wichtigen Informationen herausliest.

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„Das Problem ist, dass das Quantenlicht viel schwächer ist als der Rest des Lichts, das von solch einem modifizierten Laser ausgesendet wird—darum ist es schwierig, das einzufangen", so Vuckovic in einer Presseerklärung. „Aus diesem Grund haben wir eine Methode entwickelt, das ungewollte Licht herauszufiltern und somit das Quantenlicht viel besser lesen zu können."

Bild: Stanford University, Yousif Kelaita

Der neuartige Filter funktioniert nach einem Prinzip, das dem Noise-Cancelling bei Kopfhörern nicht unähnlich ist. Hierbei identifiziert ein Sensor die Frequenz des störenden Grundrauschens, wie zum Beispiel Straßenlärm oder Flugzeugmotoren, und unterdrückt dieses, indem ein gespiegeltes Frequenzmuster produziert wird, das den Lärm verstummen lässt.

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Für ihren Test mit den Lichtpartikeln haben die Elektroingenieure von der US-Uni nun genau analysiert, welche Frequenzen das störende Licht hat und konnten diese Frequenzen daraufhin zum Stummschalten der störenden Lichtwellen zurücksenden. In kleinen Schritten passten sie die Muster immer exakter an, bis sich die gewünschten Lichtpartikel offenbarten.

„Das Licht, das von dem modifizierten Laser zurück kommt ist wie der Lärm, der verhindert, dass wir das Quantenlicht erkennen", erklärt Kevin Fischer, Hauptautor des Papers, das in Nature veröffentlicht wurde. „Wir haben das unterdrückt, um das Quantenlicht dahinter preiszugeben und zu verstärken."

Mit der Quantenkommunikation entstünde nicht nur eine sichere verschlüsselte Kommunikation für alle—die Nutzung von Lichtpartikeln zum Versenden und Empfangen von Daten, könnte auch den allerersten Grundstein für ein mögliches Quanteninternet legen. Der Testaufbau eines solchen Quantennetzes im Prototyp-Format ist nun tatsächlich die nächste Aufgabe, der sich die Forscher annehmen wollen.