Quantentechnologie könnte abhörsichere Kommunikation möglich machen

Die Möglichkeit einer absolut abhörsicheren Kommunikation und eines sicheren Datenübertragung wurde durch eine neue Technologie eröffnet, die auf Quantenmechanik basiert. Diese Methode kann einfach in bestehende Herstellungsprozesse von Mikrochips und Prozessoren integriert werden und ist kostengünstig herzustellen.

Begriffe kurz erklärt

Quantentechnologie nutzt Eigenschaften von Quantenobjekten, um Informationen anders zu verarbeiten als klassische Systeme. Quantenverschränkung beschreibt einen Zustand, bei dem zwei Teilchen so miteinander verbunden sind, dass Veränderungen nicht unabhängig voneinander betrachtet werden können. Ein Quantennetzwerk ist entsprechend ein Netzwerk, das solche Eigenschaften für den Datentransfer oder die Kommunikation nutzt.

Für Leserinnen und Leser ohne naturwissenschaftlichen Hintergrund hilft diese Einordnung dabei, die folgende Beschreibung der Methode besser zu verstehen.

Bisher wurden Daten in der herkömmlichen Kommunikation mathematisch generiert und verschlüsselt. Der Algorithmus, der dieser Verschlüsselung zugrunde liegt, kann jedoch entschlüsselt werden. Die zahlreichen weltweiten Cyberattacken zeigen die Schwachstellen der Datensicherheit auf. Durch den Einsatz von Quantenobjekten für den Datentransfer verlagert sich die Datensicherheit jedoch direkt in die physikalische Natur dieser Objekte.

Im Rahmen eines von der Baden-Württemberg Stiftung geförderten Projekts haben Forscher der Universität Ulm eine Methode entwickelt, um Kommunikationsverbindungen durch Quantenobjekte herzustellen. Diese Technologie, realisiert vom Team um die Arbeitsgruppe Prof. Dr. Alexander Kubanek, verwendet zwei identische sogenannte Defektzentren in Nanodiamanten als Bausteine zur quantenmechanischen Verschränkung, was die Grundlage für ein Quantendatennetzwerk darstellt.

Die Methode basiert darauf, dass noch unbekannte Quantenzustände nicht kopiert oder gemessen werden können, ohne bei einer Messung zerstört zu werden. Störungen von Quantenzuständen werden unweigerlich als Übertragungsfehler erkannt und entlarven somit den Abhörangriff.

Die Ulmer Wissenschaftler verwenden für diese Methode der Quantenverschränkung einzelne Photonen – Lichtteilchen – aus den Defektzentren in den Nanodiamanten. Die Handhabbarkeit der Nanoteilchen ermöglicht es, dass die Methode prinzipiell in bestehende Prozesse der Mikrochip-Herstellung eingebunden werden kann.

Wie die abhörsichere Übertragung funktioniert

Die Idee lässt sich in vereinfachter Form so beschreiben: Zwei identische Defektzentren in Nanodiamanten erzeugen einzelne Photonen, die als Träger der Information dienen. Diese Photonen werden so eingesetzt, dass eine quantenmechanische Verbindung zwischen den Kommunikationspartnern entsteht.

Entscheidend ist dabei, dass Quantenzustände nicht beliebig kopiert oder unbemerkt gemessen werden können. Genau daraus entsteht der Sicherheitsvorteil: Sobald jemand die Verbindung stört, wird der Eingriff sichtbar.

Mit dieser von Prof. Kubanek entwickelten Methode ist es möglich, Kommunikationsverbindungen aufzubauen, deren Sicherheit auf der Physik basiert und nicht nur auf mathematischen Berechnungen. Die nächste Phase besteht darin, die abhörsichere Technologie bis zur Marktreife in einem Start-up weiterzuentwickeln.

Die Erfindung wurde zum Patent angemeldet (PCT/EP2023/064304 anhängig). Die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH unterstützt die Wissenschaftler und die Baden-Württemberg Stiftung bei der Patentierung, strategischen IP Planung und Vermarktung der aktuellen Entwicklung.

Die TLB ist mit der Verwertung dieser zukunftsweisenden Technologie beauftragt und sucht Investoren für die weitere Entwicklung der abhörsicheren Kommunikationstechnologie bis zur Marktreife. Interessierte können sich für weitere Informationen an den Innovationsmanager Dr. habil. Hans-Jürgen Eisler (eisler@tlb.de) wenden.

Damit wird deutlich: Quantentechnologie ist nicht nur ein Forschungsthema, sondern könnte langfristig eine neue Grundlage für besonders sensible Kommunikation schaffen. Für Leserinnen und Leser bleibt vor allem spannend, wie schnell sich der wissenschaftliche Ansatz in praxistaugliche Systeme übersetzen lässt.

Basierend auf einer Pressemitteilung von Technologie-Lizenz-Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH vom 7.12.2023

Warum diese Methode als besonders sicher gilt

Bei herkömmlicher Kommunikation beruht Sicherheit meist auf mathematischen Verfahren. Diese können sehr robust sein, bleiben aber grundsätzlich an Algorithmen gebunden. Die hier beschriebene Quantenmethode verfolgt einen anderen Ansatz: Sie nutzt Eigenschaften der Physik selbst, um Abhörversuche erkennbar zu machen.

Der entscheidende Unterschied ist also nicht nur die Technik, sondern die Art der Absicherung. Während klassische Verfahren verschlüsseln, soll Quantenkommunikation Manipulationen unmittelbar sichtbar machen.

Welche Anwendungen naheliegen

Naheliegend ist die Technik überall dort, wo besonders sensible Informationen übertragen werden müssen. Dazu gehören grundsätzlich Kommunikationsverbindungen, bei denen Abhörsicherheit, Vertrauenswürdigkeit und Manipulationsschutz eine wichtige Rolle spielen.

Auch die im Beitrag erwähnte Einbindung in bestehende Mikrochips zeigt: Die Technologie wird nicht nur als theoretisches Konzept beschrieben, sondern als möglicher Baustein für künftige Kommunikationssysteme.

Wie weit ist die Entwicklung?

Der Beitrag beschreibt eine technologieorientierte Vorstufe: Die Methode wurde entwickelt und zum Patent angemeldet, soll aber noch bis zur Marktreife weiterentwickelt werden. Das heißt, es geht aktuell nicht nur um Forschung, sondern auch um die Überführung in eine wirtschaftlich nutzbare Lösung.

Für Leser ist diese Einordnung wichtig, weil sie zwischen wissenschaftlichem Fortschritt, technischer Umsetzbarkeit und späterer Vermarktung unterscheidet.

FAQ zur Quantentechnologie und abhörsicheren Kommunikation

Ist die Kommunikation damit wirklich abhörsicher?

Der Beitrag beschreibt eine Technologie, bei der Abhörversuche durch Störungen im Quantenzustand auffallen. Damit basiert die Sicherheit auf physikalischen Eigenschaften und nicht nur auf Verschlüsselungsalgorithmen.

Warum spielen Photonen dabei eine Rolle?

Photonen dienen hier als Träger der Information. Sie werden aus den Defektzentren in Nanodiamanten genutzt, um die quantenmechanische Verbindung aufzubauen.

Kann die Technik in bestehende Hardware integriert werden?

Ja, der Beitrag stellt in Aussicht, dass sich die Methode prinzipiell in bestehende Herstellungsprozesse von Mikrochips und Prozessoren einbinden lässt.

Typische Missverständnisse

Ein häufiger Irrtum ist, Quantenkommunikation mit einer bereits überall einsetzbaren Standardlösung zu verwechseln. Der Beitrag zeigt vielmehr eine neue technologische Richtung, die noch weiterentwickelt werden muss.

Ebenfalls wichtig: Der Sicherheitsvorteil entsteht nicht dadurch, dass Daten unsichtbar werden, sondern dadurch, dass Störungen an der Übertragung auffallen.