Quantenkryptografie wird deutlich billiger

Forscher am National Institute of Standards and Technology (NIST) haben eine Möglichkeit gefunden, die Kosten für Quantenkryptografie-Systeme zu reduzieren.

Beim gängigen BB84-Protokoll, das vier Polarisationsrichtungen von Photonen für sichere Verschlüsselungs-Keys nutzt, beeinflussen sie mit einer zusätzlichen optischen Komponente einen Teil der übertragenen Photonen.

Diese kommen mit veränderter Polarisierung und zeitlich verzögert an. Das erlaubt es, auf die Hälfte der normalerweise vier Einzelphotonendetektoren zu verzichten, die hohe Anschaffungskosten haben. Insgesamt könnte das die Kosten der als absolut sicher geltenden Quantenkryptografie merklich reduzieren.

Beim BB84-Protokoll wird für die Erzeugung der Kryptografie-Schlüssel die Polarisierung von Lichtteilchen genutzt. Die zur Übertragung des Schlüssels übermittelten Photonen werden dabei in zwei Basen geteilt. Horizontal und vertikal polarisierte Lichtteilchen bilden dabei die eine Basis, zwei Arten diagonaler Polarisierung um 45 Grad zur Vertikale die andere. Normalerweise benötigt der Empfänger für jede Basis zwei Einzelphotonendetektoren.

Das sind Geräte, die 5.000 bis 20.000 Dollar kosten. Die Forscher am NIST haben nun ein Gerät entwickelt, das die diagonal polarisierten Photonen in horizontal und vertikal polarisierte Lichtteilchen umwandelt und gleichzeitig ein wenig verzögert. Damit genügt ein Detektorpaar für den Empfang der BB84-Übertragung, denn durch die Zeitverzögerung ist es möglich, die unveränderten Photonen von den umgewandelten zu unterscheiden und somit jede Beobachtung korrekt der jeweiligen Basis zuzuweisen.

Die Einzelphotonendetektoren sind die laut NIST mit Abstand teuersten Komponenten eines BB84-Quantenkryptografie-Systems. Der Ansatz der Forscher birgt somit das Potenzial einer deutlichen Reduktion der Kosten für die Quantenkryptografie. Die zeitliche Verzögerung der Kommunikation betrage dabei nur 1,6 Nanosekunden, so der am Projekt beteiligte Physiker Xiao Tang gegenüber New Scientist.

Damit bleibt das System zur Absicherung von Echtzeitanwendungen wie Video-Streams geeignet. Die Forschungsergebnisse des Teams von Tang und Kollegen werden im Juni im Journal IEEE Communications Letters vorgestellt. Weiters sei es den Forschern in der Zwischenzeit sogar gelungen, bei der BB84-Methode mit nur einem Detektor auszukommen.