Technik Quantensicher: das Internet der Zukunft

Von Eva Wolfangel 

Ein weltweites Quanteninternet könnte die digitale Kommunikation in Zukunft sicher und unangreifbar machen. Dabei werden Informationen teleportiert.

Die Rakete mit dem ersten Quantensatelliten ist im August 2016 in der chinesischen Stadt Jiuquan gestartet. Foto: AFP
Die Rakete mit dem ersten Quantensatelliten ist im August 2016 in der chinesischen Stadt Jiuquan gestartet. Foto: AFP

Wien - Es knallen keine Sektkorken, eine Party gab es auch nicht, als Physiker im Jahr 1975 eine Entdeckung machen, die später eine Grundlage der Quantenkommunikation werden soll. Ein damals noch unbekannter wissenschaftlicher Mitarbeiter des Physikers Helmut Rauch weist zusammen mit diesem und Kollegen nach, dass sich Neutronen, weil sie Eigenschaften von Wellen und nicht nur jene von Teilchen haben, ganz seltsam verhalten, wenn sie um ihre Achse gedreht werden: Sie verändern ihren Zustand. „Das hatten wir nicht erwartet, dass die Welt nicht die gleiche ist, wenn man sie um 360 Grad dreht“, sagt Anton Zeilinger heute – jener einst unbekannte Forscher zählt zu den führenden Experten weltweit, wenn es um das Quanteninternet geht. Aber damals konnten die Physiker nicht wissen, dass diese Entdeckung jemals eine praktische Relevanz haben würde. „Wenn wir gefragt wurden, wozu das alles gut ist, haben wir gesagt: Für nichts, wir machen das nur aus Interesse an der Sache“, sagt Zeilinger, der heute Professor an der Uni Wien ist.

Vor wenigen Monaten ist ein chinesischer Satellit mit einem seiner Experimente an Bord gestartet, dem Quantum Experiments at Space Scale (Quess). An Bord befindet sich Technik, die auf Zeilingers Entdeckung beruht. Mit ihrer Hilfe soll eines der drängendsten Probleme der digitalen Kommunikation gelöst werden: Quantenkommunikation und Quantenkryptografie sollen Hacker für immer in ihre Grenzen weisen.

Die Verschlüsselung der Zukunft beruht auf physikalischen Gesetzen, die sich von ihnen weder knacken noch manipulieren lassen. Es soll ein weltumspannendes Netz aus Satelliten gebaut werden, so die Vision, das sichere Verbindungen zwischen dem Weltall und allen Orten der Welt ermöglicht: ein Quanteninternet. „Die Quantenkryptografie erlaubt es, Informationen so zu verschlüsseln, dass selbst die NSA sie nicht abhören kann“, sagt Zeilinger.

„Die Effekte lassen sich mathematisch wunderschön erklären“

Das beruht unter anderem auf einem sehr alten Effekt, den Albert Einstein einst als „spukhafte Fernwirkung“ bezeichnet hat. Quantenkryptografie klingt in der Tat wie Zauberei, aber Zeilinger erklärt nüchtern: „Diese erstaunlichen Effekte lassen sich mathematisch wunderschön und elegant erklären.“ Das Fachwort für den sprichwörtlichen Spuk lautet Verschränkung, einer der seltsamen Effekte der Quantenwelt, die Zeilinger seit seinem Studium faszinieren: Wenn zwei Lichtquanten – zwei kleine „Pakete“ Licht – einen gemeinsamen Ursprung haben, bleiben sie danach miteinander verbunden, selbst wenn sich ihre Wege wieder trennen. Wird der Zustand eines der Teilchen verändert, ändert sich auch der des anderen im selben Moment.

Auch wenn diese Teilchen Hunderte Kilometer weit voneinander entfernt sind, passt sich eines in Echtzeit an das andere an, sobald sich jenes verändert. Aber wie kommt die Information vom einen zum anderen Teilchen? „Die Information legt keinen Weg zurück“, sagt Zeilinger. Sie wird teleportiert. „Laien vergleichen das gerne mit dem Beamen aus Science-Fiction-Filmen.“ Es ist der verzweifelte Versuch etwas zu beschreiben, das für Gehirne unverständlich ist. „Es widerspricht dem gesunden Menschenverstand“, gibt auch Zeilinger zu. Sobald das eine Teilchen eine Information hat, hat es das andere auch. „Es ist bemerkenswert, es ist mathematisch witzig.“ In zahlreichen Büchern und Vorträgen hat der Professor, der den Spitznamen Dr. Beam hat, versucht zu erklären, wie das funktioniert. „Aber es ist außerhalb unserer Vorstellungsmöglichkeit, die Sprache versagt hier immer wieder.“ Eines ist sicher: Diese rätselhafte Informationsübertragung existiert und könnte in Zukunft als Grundlage des Internets genutzt werden. Quanten transportieren dabei die Informationen.