Die Entwicklung des Quantencomputings birgt die Gefahr, dass der Einsatz klassischer Kryptographie für sichere Kommunikation obsolet wird. Die Quantenkryptographie hingegen nutzt die Gesetze der Quantenmechanik, um absolute Sicherheit zu gewährleisten. Ein Beispiel hierfür ist die Quantenschlüsselverteilung, die es zwei Parteien ermöglicht, eine Nachricht über einen zufälligen geheimen Schlüssel zu sichern.
Diese wird durch Quantenteilchen, im Allgemeinen Photonen, erzeugt. Um dies zu erreichen, nutzen Forscher zunehmend ein Alphabet, das auf bestimmten Eigenschaften von Photonen, nämlich ihrer Farbzusammensetzung, basiert. Bisher wurde jedoch keine Ausrüstung geschaffen, um die Informationen wieder zu entschlüsseln. Forscher der Paderborner Universitäten haben nun einen solchen Decoder entwickelt und ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift veröffentlicht PRX Quantum.
„Quantenschlüsselverteilungsprotokolle, die Binärcode verwenden, sind weit verbreitet. Ihre Sicherheit und Effizienz könnten jedoch durch die Verwendung eines größeren Alphabets zur Codierung verbessert werden. Dabei werden sogenannte zeitliche Pulsmodi verwendet, bei denen Informationen in die Farbzusammensetzung von Photonen codiert werden.“ A Für ein Schlüsselverteilungssystem mit dieser Methode ist ein Mehrkanal-Decoder erforderlich, der jeden Buchstaben eines Alphabets auf einmal „lesen“ kann. Ein solches Gerät gab es bisher noch nicht“, erklärt Dr. Benjamin Brecht, Physiker an der Universität Paderborn.
Paderborner Forscher haben nun ein Multi-Output Quantum Pulse Gate (mQPG) entwickelt. Es zerlegt die eingehenden Buchstaben in verschiedene Ausgabefarben, die die Physiker mithilfe eines Spektrometers identifizieren können. Sie haben außerdem einen vollständigen, hochdimensionalen mQPG-basierten Decoder demonstriert, der Verschlüsselungsprotokolle basierend auf einzelnen Photonen ermöglicht. „Die Vielseitigkeit von mQPG macht es zu einer wertvollen Ressource für zahlreiche Anwendungen in der Quantenkommunikation und eröffnet darüber hinaus weitere Möglichkeiten für alle auf zeitlichen Modi basierenden Technologien“, stellt Brecht fest.
Mehr Informationen:
Laura Serino et al., Realisierung eines Multi-Output Quantum Pulse Gate zur Dekodierung hochdimensionaler zeitlicher Moden von Einzelphotonenzuständen, PRX Quantum (2023). DOI: 10.1103/PRXQuantum.4.020306
Bereitgestellt von der Universität Paderborn