„Sichere Kommunikation in der Ära der Quantenrevolution“, das klang nach einem Thema, bei welchem sich Physik, Mathematik und Informatik treffen, und diese Erwartung wurde durch den spannenden Vortrag von Prof. Dr. Michael Kues vom Institut für Photonik der Leibniz Universität Hannover beim Clubabend am 15.11.2021 auch voll erfüllt. Die Schwierigkeit, die unser Referent bravourös gemeistert hat, bestand darin eine Brücke zu schlagen von aktueller Forschung und Entwicklung im Bereich der Photonischen Quantentechnologien zu der Frage, wie unsere Kommunikation in digitalen Systemen geschützt werden kann.

Zunächst verdeutlichte unser Referent anhand realer Beispiele, wie wichtig für unser Leben eine sichere Kommunikation ist und welche Auswirkungen es hat, wenn diese Kommunikation durch Cyberattacken gestört wird, wie es beispielsweise bei dem WannaCry-Angriff 2007 der Fall war. Damals wurden Verkehrssysteme oder Krankenhäuser über längere Zeit lahmgelegt.

Seit Menschengedenken bemüht man sich daher darum, Nachrichten zu verschlüsseln und diese Verschlüsselung so zu gestalten, dass die Kommunikation von „Alice“ zu „Bob“ durch „Eve“ nicht abgefangen werden kann.Die gegenwärtig verwendeten Verschlüsselungsmethoden beruhen im Kern darauf, dass geeignet gewählte Rechenaufgaben für konventionelle Computer sehr schwer lösbar sind und somit das Knacken der Verschlüsselung sehr lange dauert.

Sogenannte Quantencomputer sind nun jedoch prinzipiell in der Lage, diese Rechenaufgaben sehr viel schneller zu lösen, als dies mit bisherigen rein binär arbeitenden Rechnern möglich ist. Damit werden bisherige Methoden der Verschlüsselung von Nachrichten plötzlich im Prinzip knackbar.

Dies legt nun, so die Erläuterung von Prof. Dr. Kues, die Frage nahe, ob eine fundamental unknackbare Verschlüsselung möglich ist, und dies ist natürlich prinzipiell über sogenannte Einmalschlüssel möglich, verschiebt aber nun das Problem auf die Frage, wie der Sender und der Empfänger sicher sein können, ihren Einmalschlüssel auf eine solche Art und Weise auszutauschen, dass sie sicher sein können, dass ihre Kommunikation nicht abgefangen wird.

Und tatsächlich bietet die Quantenphysik auch dafür eine Möglichkeit, bei der das vollkommen sichere Teilen eines Schlüssels durch physikalische Prinzipien sichergestellt wird. Insofern verdeutlichte der Vortrag, dass die Art und Weise, wie in Zukunft eine sichere Kommunikation technisch umgesetzt werden kann, vor erheblichen Veränderungen stehen dürfte, wenn es gelingt, dafür im großen Stil Quantencomputer einzusetzen. Spannend wird dann die Frage noch bleiben, für welche anderen Anwendungen man solche Rechner in Zukunft anwenden wird und welche Möglichkeiten sich dann dadurch erschließen. Es bleibt zu hoffen, dass wir auch darüber bei Gelegenheit wieder spannende Vorträge hören können. Die hier gezeigten Bilder wurden von Prof. Kues zur Verfügung gestellt.