Als Johann Philipp Reis 1861 sein „Telephon“ erstmals vorstellte, sprach er Sätze wie „Das Pferd frisst keinen Gurkensalat“ in das Mikrofon. 156 Jahre später, am 29. September 2017 war es der Satz „Professor Zeilinger, can you hear us?“, der einen neuen Fortschritt in der Geschichte der Telefonie, der Verschlüsselung und der physikalischen Übertragung markierte: Denn WissenschaftlerInnen aus China und Österreich gelang das erste interkontinentale Videotelefonat – „unter Verwendung der Verschlüsselungsmethoden der Quantenphysik.“ (derStandard.at)

Anton Zeilinger, Präsident der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, beim ersten interkontinentalen Quanten-Videotelefonat mit einem Modell des Satelliten
Anton Zeilinger, Präsident der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, beim ersten interkontinentalen Quanten-Videotelefonat mit einem Modell des Satelliten „Micius“. © ÖAW

Das Gespräch zwischen den beiden Präsidenten (Alfred Zeilinger ist der Präsident der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, Chunli Bai der Präsident des chinesischen Pendants) war laut ihrer Aussage der erste Versuch – und wurde mutigerweise vor laufenden Kameras, bei großem Medieninteresse, live durchgeführt.

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Quo vaditis, Quanten?

Um die Technik dahinter zu verstehen, muss weit ausgeholt werden: In diesem kurzen Video erklärt Dr. Quantum, der animierte, aber auch sehr kluge Professor, die grundlegenden Gedankengänge bei der Arbeit mit Quantenmechanik.

In diesem Bereich wird auf der ganzen Welt geforscht: Auf der Quantenkonferenz im Juni 2017 erklärte Rainer Blatt, wissenschaftlicher Direktor am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) in Innsbruck/Österreich zum Thema Quantencomputer: „Wir sind im Moment auf dem Niveau eines Röhrencomputers“ (golem.de). Doch die Zeit der Quantencomputer wird kommen – und zum Teil den herkömmlichen Computer ersetzen. Ebenfalls untersucht werden Quantensensoren: Sie sind nur wenige Nanometer groß und können z.B: im Inneren eines einzelnen Stickstoffatoms sitzen. In etwas ferner Zukunft sollen solche Sensoren im Blut von PatientInnen unterwegs sein und dort Krankheiten im Frühstadium erkennen.

Unter Verschluss: Die Kommunikation nach Quantenart

Das chinesisch-österreichische Gespräch wäre nie zustande gekommen ohne dem Quantensatelliten Micius, der seit letztem Jahr in 600 Kilometer Höhe um die Erde fliegt.

Der Satellit sendete verschränkte Photonenpaare (Lichtteilchen) an die Bodenstationen in China und Österreich. Diese Teilchen haben eine zufällige Schwingungsrichtung (Polarisation) – das ist der sogenannte „erste Quantenschlüssel“ – der Sender und der Empfänger haben dieselbe Polarisation.

Und nachdem die Bodenstation in Graz (Österreich) den Schlüssel beim Satelliten hinterlegt hat, mussten die Chinesen dasselbe tun – daraus wurde der „zweite Quantenschlüssel“. Durch die beiden Schlüssel und einem kombinierten Schlüssel ist das Gespräch vollkommen abhörsicher.

Denn das ist das Besondere an der Technologie: Wenn jemand versucht, die Photonen abzufangen oder die Polarisation (den Quantenschlüssel) zu messen, verändert sich der Zustand der Teilchen und die Verbindung fliegt auf. Es kann also Angriffe auf diese Form der Kommunikation geben, aber es kann nichts abgehört werden.

Erst der Anfang

Obwohl die Theorie der Quantenmechanik bereits seit rund 90-100 Jahren die ForscherInnen beschäftigt, stehen die Ergebnisse erst am Beginn: Das abhörsichere Videotelefonat lief noch über das herkömmliche Internet – auch hier sollte in der Zukunft eine Quantenversion folgen.

Quantenphysiker Robert Ursin erklärte beim Experiment:  „dass es auf der Basis dieser Technologie in fünf bis sechs Jahren ein kommerziell nutzbares Quanten-Internet geben wird. Allerdings brauchen Sie dazu teure Geräte am Dach. Das hat nur Sinn, wenn bei Spionage großer wirtschaftlicher Schaden droht. Bücher bei Amazon brauchen Sie nicht im Quanten-Internet bestellen.“ (wienerzeitung.at)

Das Experiment hat aber eines gezeigt, wie Journalist Robert Czepel auf science.orf.at schreibt: „Die Verschlüsselung nach Quantenart ist in der interkontinentalen Kommunikation angekommen.“


Weiterführende Links und Quellen:

Bildquelle: Pressefotos der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, Titelbild: © Johannes Handsteiner/ÖAW, restliche Bilder: © ÖAW

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