Bemerkenswerterweise bieten Quantenschlüsselverteilungsprotokolle wie das Bennett-Brassard-Schema informationstheoretische Sicherheit. Bisher realisierte Quantenprotokolle unterliegen jedoch einer neuen Klasse von Angriffen, die eine Diskrepanz zwischen den implementierten Quantenzuständen oder -messungen und ihrer theoretischen Modellierung ausnutzen, wie in zahlreichen Experimenten gezeigt wurde.
Zum ersten Mal hat ein internationales Team von Wissenschaftlern, darunter Forscher aus EPFL, hat einen experimentellen Ansatz zur Quantenschlüsselverteilung basierend auf hoher Qualität demonstriert Quantenverschränkung — viel umfassendere Sicherheitsgarantien bieten als frühere Systeme.
Professor Rüdiger Ubanke, Dekan der IC School, der zusammen mit Ph.D. Student Kirill Ivanov, einer der Autoren der Zeitung, sagte: „Im Laufe der Jahre wurde erkannt, dass QKD-Schemata einen bemerkenswerten Vorteil haben können: Benutzer müssen nur sehr allgemeine Annahmen bezüglich der im Prozess verwendeten Geräte treffen. Die neueste Form von QKD ist jetzt allgemein als „geräteunabhängiges QKD“ bekannt. Eine experimentelle Implementierung davon wurde zu einem Hauptziel auf diesem Gebiet. Deshalb ist es aufregend, dass ein solches bahnbrechendes Experiment endlich gelungen ist.“
In dem Experiment wurden zwei einzelne Ionen verwendet – eines für den Sender und eines für den Empfänger – und in getrennten Fallen gehalten, die durch eine optische Faser miteinander verbunden waren. Verschränkungen zwischen den Ionen wurden in diesem fundamentalen Quantennetzwerk mit rekordhoher Wiedergabetreue über Millionen von Läufen erzeugt.
Das Protokoll hätte ohne eine so konsistente Quelle hochwertiger Verschränkung nicht auf praktisch hilfreiche Weise durchgeführt werden können. Ebenso entscheidend war die Überprüfung, ob die Verstrickung richtig ausgenutzt wurde. Theoretisch waren erhebliche Durchbrüche für die Datenverarbeitung, die effektive Extraktion des kryptografischen Schlüssels und die Gewährleistung einer optimalen Leistung während des gesamten Experiments erforderlich.
Im Experiment befanden sich die „legitimen Parteien“ – die Ionen – in ein und demselben Labor. Aber es gibt einen klaren Weg, um ihre Entfernung auf Kilometer auszudehnen. Mit dieser Perspektive und weiteren jüngsten Fortschritten bei verwandten Experimenten in Deutschland und China besteht nun eine echte Aussicht, theoretische in praktische Technologie umzuwandeln.
Journal Referenz:
- Nadlinger DP et al. Experimentelle Quantenschlüsselverteilung, zertifiziert durch Bells Theorem. Natur, online veröffentlicht am 27. Juli 2022, DOI: 10.1038/s41586-022-04941-5
