Mit Lichtgeschwindigkeit von Gipfel zu Gipfel

- Sobald die letzten Ausflügler die Bergstation auf der Zugspitze verlassen haben und das Abendrot die Gipfel um den höchsten Berg Deutschlands in malerisches Licht taucht, wird es für die Physiker vom Lehrstuhl für Quantenoptik der Sektion Physik der Ludwig-Maximilians-Universität ernst. Jetzt gilt es mit den Kollegen auf der etwas mehr als 23 Kilometer entfernten Bergstation der Karwendelseilbahn Kontakt per Funkgerät aufzunehmen. Die Forscher wollen einzelne Photonen mit einem Teleskop von der Max-Planck-Forschungshütte auf der Zugspitze zu einem Detektor auf der Westlichen Karwendelspitze schießen. Die Photonen sollen als Überträger von Informationen dienen.

<P>Licht hat Wellen- und Teilcheneigenschaften zugleich. Die Teilchen werden auch Photonen genannt. Mit ihrer Hilfe sollen in Zukunft Botschaften völlig abhörsicher von einem Sender zu einem Empfänger gelangen. Für ihre Experimente mit dieser Technologie der sogenannten Quantenkryptographie haben Prof. Harald Weinfurter und Dr. Christian Kurtsiefer von der LMU in diesem Jahr den mit 25.000 Euro dotierten Phillip Morris-Forschungspreis erhalten. </P><P>"Unsere Entwicklungen machen den Weg frei für seriennahe Prototypen, für sichere Kommunikation im innerstädtischen Bereich sowie für den globalen Schlüsselaustausch mittels Satelliten", erklärt Weinfurter. </P><P>Das Prinzip der quantenkryptographischen Verschlüsselung ist einfach: Eine Eigenschaft von Photonen ist ihre Polarisation, also die Ausrichtung in einem dreidimensionalen System. Sie kann unter anderem horizontal, vertikal oder schräg sein. Der Sender schickt Photonen mit einer bestimmten Polarisation los, diese treffen auf einen Empfänger, der die Polarisation wiederum lesen kann. Sobald Sender und Empfänger aufeinander abgestimmt sind und mit den gleichen Einstellungen arbeiten, können durch die Photonen Informationen übertragen werden. </P><P>Wenn aber ein Dritter die Sendereinstellung abhören möchte, bekommt er es mit den quantenmechanischen Eigenschaften der Lichtteilchen zu tun. Beim Abhören nämlich verändert sich die Polarisation der Photonen. Der eigentliche Empfänger der Nachricht kann in einer Kontrollübermittlung an den Sender nachprüfen, ob die Polarisation der Photonen verändert worden ist. </P><P>"Auf der Zugspitze und der Westlichen Karwendelspitze hat sich unsere Arbeitsgruppe im letzten Jahr so einige kalte Nächte um die Ohren geschlagen", erzählt Christian Kurtsiefer. Zuerst müssen Alice und Bob, so nennen die Physiker den Sender und den Empfänger, mit einem Laserstrahl exakt aufeinander ausgerichtet werden. Dann erst können die eigentlichen Messungen mit den Photonen beginnen, die sich ofmals sehr lange in die Nacht erstrecken.</P><P>In diesem Sommer nun wollen die LMU-Physiker ihre quantenkryptographischen Experimente in München fortsetzen. In den Bergen sind störende Streulichteinflüsse bei den Messungen geringer als in der Stadt. Das System soll aber auch in Siedlungsräumen funktionieren, um zum Beispiel die innerstädtische Kommunikation zwischen Banken oder Versicherungen zu garantieren. Hierzu suchen die Physiker jetzt zwei Türme in der Stadt, auf denen sie Bob und Alice aufstellen können. Wenn die Quantenphysiker dann ihre Messungen über den Dächern der Landeshauptstadt durchführen, werden über den Köpfen der Münchner einzelne Photonen mit Lichtgeschwindigkeit fliegen und ihre Informationen übermitteln.</P><P> </P><P> </P><P>Lexikon aktuell<BR>Kryptographie</P><P>Kryptographie ist die Kunst, eine Nachricht so zu verschlüsseln, dass sie für Unbefugte unlesbar ist. Erste Ansätze lassen sich bis ins alte Ägypten zurückverfolgen. Mit der Zunahme des elektronischen Datenverkehrs durch das Internet, werden zuverlässige Verschlüsselungsverfahren immer wichtiger</P><P>Christian Kurtsiefer justiert das Teleskop, mit dem die Photonen zur Westlichen Karwendelspitze übertragen werden.<BR>Fotos: Th. Naeser</P><P>Die Forschungsstation der Max-Planck-Gesellschaft auf der Zugspitze dient den Physikern als Unterkunft und Plattform für ihre Experimente.<BR></P>

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