Quantenphysikalische Antworten auf große und kleine Lauschangriffe

Linzer Physikerteams erhalten EU-Gelder für zwei Projekte.

In der Theorie ermöglicht die Quantenkryptografie eine sichere Verschlüsselung. Sie nutzt physikalische Erkenntnisse für abhörsichere Kommunikation. Die bekannteste Anwendung von Quantenkryptografie ist der Quantenschlüsselaustausch: Dabei werden Eigenschaften der Quantenmechanik genutzt, um den beiden Kommunizierenden eine Zufallszahl zur Verfügung zu stellen. Diese Zahl kann dann wiederum als geheimer Schlüssel verwendet werden, wenn Nachrichten abhörsicher übertragen werden sollen.

Für die Implementierung einer durch Dritte nicht abhörbaren Kommunikation werden u. a. hocheffiziente Strahlungsquellen benötigt, bei denen die Lichtemission auf der exaktest möglichen Skala, nämlich der einzelner Lichtteilchen, kontrolliert werden kann. Ihre Entwicklung steht im Zentrum zweier Projekte der Johannes-Kepler-Universität Linz (JKU). Physiker des Instituts für Halbleiter- und Festkörperphysik haben jetzt den Zuschlag für EU-weit ausgeschriebene Förderungen („QuantERA“) erhalten. Ihre Anträge betreffen zwei von 26 geförderten Projekten – eingereicht wurden 221.

Im Projekt „Hyper-U-P-S“– einem Gemeinschaftsprojekt zwischen der JKU und Forschungseinrichtungen in Schweden, Deutschland und Tschechien – werden Quantenpunkte als Quellen von quantenmechanisch mehrfach verschränkten Lichtteilchen (Photonen) verwendet. Photonen in verschränkten Zuständen haben kein Pendant in der klassischen Physik, können also nur quantenmechanisch verstanden werden. Im Gegenzug heißt das aber, dass mit solchen Photonen klassisch unmögliche Mechanismen, wie z. B. das „Beamen“, realisiert werden können. Mehrfachverschränkungen erweitern diese Möglichkeiten und erlauben beispielsweise Quantenkommunikation mit stark verbesserter Effizienz.

Ziel des zweiten geförderten Projektes „Cuspidor“, eine Kollaboration zwischen der JKU und italienischen, irischen und tschechischen Partnern, ist es, quantenoptische Aufbauten, die derzeit auf raumfüllenden Tischen realisiert werden, miniaturisiert in wenige Millimeter große Silizium-Chips zu integrieren. Das ist eine notwendige Voraussetzung für die praktische Anwendbarkeit quantenoptischer Technologien – ähnlich wie integrierte Schaltkreise Voraussetzung für die digitale Revolution waren. (cog)