- Im Quantencomputer werden nicht mehr Transistoren rechnen, sondern Quantenbits, kurz Qubits: Atome, Moleküle, Photonen – oder generell Teilchen, für die die Gesetze der Quantenmechanik relevant sind.
- Im Reich der Quantenmechanik gelten andere Regeln als in der Makrowelt. So „wählen“ Teilchen ihre Eigenschaften, beispielsweise ihre Polarisierungsrichtung, erst, wenn jemand hinguckt – bis zu diesem Moment entspricht die Wahrheit einer Überlagerung der beiden Möglichkeiten. Denn allein die Beobachtung löst bereits Veränderungen in einem quantenmechanischen System aus.
- Diese Tatsache macht man sich auch für die Quantenkryptographie zu Nutze: Jeder, der insgeheim solche mithilfe der Quantenmechnik verschlüsselte Nachrichten „mithört“ verändert das System. Der Empfänger der Nachricht erkennt damit unmittelbar, dass jemand spioniert hat.
- Die ersten kommerziellen Quantenkryptografen arbeiten damit, dass sich die Null und die Eins, die kleinsten Informationseinheiten des digitalen Datenverkehrs, auf jeweils zwei unterschiedliche Arten in die Eigenschaften von Lichtteilchen übersetzen lassen. Nämlich in der Basis horizontal und vertikal oder in der Basis plus 45 Grad und minus 45 Grad polarisiert. Wer nicht weiß, in welcher der beiden Basen der Sender ein Bit verschickt, kann den Schlüssel nicht abfangen, ohne bemerkt zu werden.
- Quantenkryptografie funktioniert jedoch nur, wenn man jedes Bit des Schlüssels genau auf einem Photon speichert. Um dies zu erreichen, schwächen die ersten käuflichen Quantenkryptografen die Laserpulse so stark ab, dass sie im Mittel nur den Bruchteil eines Photons enthalten.Leider wird dabei aber auch das Signal extrem schwach oder verschwindet ganz.
- Mithilfe einer am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching entwickelten Photonenpistole ginge das schneller und eleganter, denn sie enthält pro „Schuss“ genau ein Photon. Die Anlage ist aber extrem komplex und füllt zurzeit noch ganze Räume.
- Andere Max-Planck-Forscher arbeiten an Photonenquellen, die zwei verschränkte Lichtteiochen erzeugen können. Anders als in der „normalen“ Photonenpistole würde ein Atom dann nicht aus dem freien Fall feuern, sondern während es gefangen zwischen den Spiegeln schwebt.
- Atome zu beherrschen ist eine Voraussetzung für einen Quantencomputer: Egal ob solch ein Rechner einmal mit Atomen, Molekülen oder Ionen arbeiten wird, kalt müssen die Teilchen immer sein. Denn nur dann stehen sie beinahe still. Wissenschaftler experimentieren zurzeit mit verschiedenen Mechanismen, die Atome zur Ruhe zu bringen und zu kontrollieren.
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