Sind Lichtleiter total abhörsicher? Quantenkryptografie mit Licht

Niedersächsisches Internatsgymnasium Bad Bederkesa

Seminarstraße 8, 27624 Geestland

11. September 2015, 11:30

Kategorien: Technologie     Sicherheit

TBIT CC 0

Thesen

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Licht ist eine Energieform, die als Welle UND als Teilchen beschrieben werden kann.

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Das Wellenmodell erklärt die Aufspaltung des weißen Lichts in Farben und Phänomene wie "Interferenz".

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Nur mit dem Teilchenmodell (besser: Quantenmodell) lassen sich "Polarisation" und "Verschränkung" verstehen.

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Die Information in Lichtleitern kann angezapft werden - NICHT abhörsicher.

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Weil sich durch die Quanteneffekte "Verschränkung"und "Polarisation" detektieren lässt, ob ein Anzapfen stattgefunden hat, ist eine abhörsichere Kommunikation möglich.

Am Freitag, 11. September 2015, 5. und 6. Stunde, fand am Nds. Internatsgymnasium Bad Bederkesa ein Junior Science Café mit Prof. Dr. Jochen Rau, Hochschule RheinMain, statt. Die Schülerinnen und Schüler der 10. Klassen und des naturwissenschaftlichen Profils der Oberstufe waren vom Unterricht frei gestellt und Gäste der Veranstaltung.

In der ersten Stunde berichtete Prof. Rau aus der Quantenkryptografie-Forschung und stellte moderne Erkenntnisse dar. Das Forum des Nds. Internatsgymnasiums verwandelte sich in eine "Lichtshow" mit Farb- und Polarisations-Effekten. Nach dem 40-minütigem Vortrag konnten die Gäste fragen stellen, moderiert von der Junior Science Café AG. 

In der zweiten Stunde stand Prof. Rau dem sehr interessierten Publikum weiter zur Verfügung, zusätzlich hatten die Schülerinnen und Schüler des Leistungskurses Physik Experimentierstationen aufgebaut, an denene eigene Experimente durchgeführt werden konnten.

Nachfolgend einige Details dazu:

Oft beschreibt man Licht als Lichtstrahlen, doch Licht ist eigentlich eine Welle. Die Lichtwellen können unterschiedlich polarisiert sein, man unterscheidet zwischen senkrechter und horizontaler Polarisation.

Es existieren Lichtfilter, mit denen man die verschiedenen Polarisationen herausfiltern kann. Nimmt man zum Beispiel eine Lampe und hält davor einen horizontal ausgerichteten Filter, so lässt dieser nur die horizontal und nicht die vertikal polarisierten Lichtwellen durch.

Dieser Effekt (Polarisation von Licht) kann in Kombination mit einem Quanteneffekt (Verschränkung) dazu genutzt werden, eine Licht-Nachricht abhörsicher zu verschlüsseln.

Der Sender stellt ein verschränktes Paar von polarisierten Photonen her und schickt es auf die Reise durch unterschiedliche Lichtleiter. Wird eines dieser Photonen auf dem Weg angezapft, ist seine Polariationsrichtung bekannt. Durch Quanteneffekte wird jetzt - egal wo es sich befindet - auch die Polarisationsrichtung des zweiten Photons aufgedeckt. Der Empfänger des zweiten Photons weiß jetzt, dass das andere Photon des verschränkten Paares angezapft wurde. Der Abhörversuch wurde aufgedeckt!

Die Schülerinnen und Schüler des Physik-Kurses hatten genau solch ein Experiment aufgebaut, so dass die Gäste sich selbst überzeugen konnten.

News

jscniedersae

8. September 2015, 16:09

Vortrag von Prof. Rau, Mitmach-Experimentierstationen des Physik-Kurses (Abi 2016).

Experte

Hochschule RheinMain

Betreuer

Thomas Appel

AG

Junior Science Café-AG Nieder. Int.

Schule