Das Klonen von Photonen ist verboten. Diese Aussage ist keine Forderung einer Initiative zum Schutz von Photonen, sondern ein quantenmechanisches Grundprinzip. Einem Team um Antia Lamas-Linares von der Universität Oxford ist es jetzt jedoch gelungen, “fast perfekte” Kopien von Photonen zu erzeugen, wie das Institute of Physics berichtet. Die Physiker werden ihre Arbeit in einer zukünftigen Ausgabe des Fachmagazins Science veröffentlichen.
Auf der Unmöglichkeit, Photonen zu kopieren, beruht die Idee der Quantenkryptografie, die unter Zuhilfenahme der quantenmechanischen Gesetze eine nicht zu knackende Informationsübertragung bewerkstelligen soll. Ein Spion, der versucht, an Informationen zu gelangen, die in den Quantenzuständen von Photonen gespeichert sind, müsste dazu in der Lage sein, von diesen Photonen Kopien herzustellen. Denn in dem Moment, in dem er versucht, den Quantenzustand eines Photons zu messen, zerstört er ihn gleichzeitig. Nur eine zuvor erzeugte Kopie dieses Photons könnte verhindern, dass der rechtmäßige Empfänger der Botschaft den Abhörversuch entdeckt.
Die Oxforder Physiker stellten zunächst ein Paar verschränkter Photonen her. Verschränkte Photonen verhalten sich ähnlich wie telepatisch begabte Zwillinge: Ändert sich der Quantenzustand eines der beiden Photonen, dann ändert sich simultan auch der entsprechende Zustand des anderen Photons ? und zwar unabhängig davon, wie weit die beiden voneinander entfernt sind. Albert Einstein nannte diese bizarre Konsequenz der Quantenmechanik “spukhafte Fernwirkung”.
Eines der beiden Photonen schickten die Physiker in einen Kristall, wo es die Abstrahlung eines weiteren Photons bewirkte. Den Quantenzustand dieses neuen Photons konnten die Forscher nun mit dem übrig gebliebenen “Zwillingsbruder” des in den Kristall eingestrahlten Photons vergleichen. Sie konnten so zeigen, dass das vom Kristall abgestrahlte Photon mit einer Wahrscheinlichkeit von 81 Prozent eine Kopie des eingestrahlten Photons ist. Damit kommen sie nahe an die von der Quantenmechanik theoretisch vorhergesagte Obergrenze von fünf Sechstel oder 83,3 Prozent heran.
Darüber, ob die Ergebnisse des Oxforder Teams Konsequenzen für die Quantenkryptografie haben, herrscht Uneinigkeit, wie der New Scientist in seiner Online-Ausgabe berichtet. Richard Hughes vom Los Alamos National Laboratory glaubt, dass trotz der “fast perfekten” Kopiermöglichkeit von Photonen eine sichere Informationsübertragung möglich ist. Die Fünf-Sechstel-Kopierwahrscheinlichkeit ist seiner Meinung nach mit verbesserten mathematischen Kodierungsschemen auszugleichen.
Hoi-Kwong Lo von Magiq Technologies sagt dagegen: “Es sind vielerlei Angriffe auf Quantenkryptosysteme denkbar, die nicht einmal für Experten offensichtlich sind. Es ist das Sicherste, davon auszugehen, dass ein Spion alles tun kann, was nicht den Gesetzen der Quantenmechanik widerspricht.”
Axel Tillemans
