Die Welt hat zum ersten Mal die Grenze des Quantenschlüssels durchbrochen.

Die Welt hat erstmals die Grenze für Quantenschlüssel durchbrochen. Die Schlüsselrate der echten Einzelphotonenquelle ist um 79 % gestiegen.

QuantenschlüsselverteilungDie Quantenschlüsselverteilung (QKD) ist eine auf quantenphysikalischen Prinzipien basierende Verschlüsselungstechnologie mit großem Potenzial zur Verbesserung der Kommunikationssicherheit. Sie überträgt Verschlüsselungsschlüssel mithilfe der Quantenzustände von Photonen oder anderen Teilchen. Da diese Quantenzustände nicht repliziert oder gemessen werden können, ohne sich zu verändern, wird es Angreifern erheblich erschwert, die Kommunikation zwischen den beiden Seiten unbemerkt abzufangen. Aufgrund der Schwierigkeit, echte Einzelphotonenquellen (SPS) zu erzeugen, basieren die meisten derzeit entwickelten QKD-Systeme auf abgeschwächten Einzelphotonenquellen.LichtquellenDiese Systeme simulieren einzelne Photonen, beispielsweise Laserpulse geringer Intensität. Da diese Laserpulse auch keine oder nur wenige Photonen enthalten können, lassen sich nur etwa 37 % der im System verwendeten Pulse zur Generierung von Sicherheitsschlüsseln nutzen. Chinesische Forscher haben kürzlich die Einschränkungen des zuvor vorgeschlagenen Quantenschlüsselverteilungssystems (QKD) erfolgreich überwunden. Sie nutzten echte Einzelphotonenquellen (SPS, d. h. Systeme, die einzelne Photonen auf Abruf emittieren können).

Das Hauptziel der Forscher ist der Aufbau eines physikalischen Systems, das auf Abruf hochenergetische Einzelphotonen emittieren kann. Dadurch sollen die grundlegenden Einschränkungen der bisher für Quantenschlüsselverteilungssysteme (QKD) verwendeten, geschwächten Lichtquellen überwunden werden. Die Forscher hoffen, dass dieses System die Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit der QKD-Technologie verbessert und somit die Grundlage für deren zukünftigen Einsatz in realen Umgebungen schafft. Die bisherigen Ergebnisse des Experiments sind vielversprechend, da sich die Einzelphotonenquelle als extrem effizient erwiesen hat und die Rate der Quantenschlüsselverteilung signifikant erhöht.QKD-SystemDie generierten Sicherheitsschlüssel unterstreichen das Potenzial von SPS-basierten QKD-Systemen und zeigen, dass deren Leistung die von WCP-basierten QKD-Systemen deutlich übertreffen kann. „Wir haben erstmals gezeigt, dass die Leistung von SPS-basiertem QKD die fundamentale Ratengrenze von WCP übersteigt“, so die Forscher. Im Feldtest des QKD-Systems im Freiraumkanal mit einer Dämpfung von 14,6 (1,1) dB wurde eine sichere Schlüsselrate (SKR) von 1,08 × 10⁻³ Bit pro Puls erreicht. Dies entspricht einer Steigerung von 79 % gegenüber der tatsächlichen Grenze des QKD-Systems auf Basis schwach kohärenten Lichts. Aktuell ist die maximale Kanaldämpfung des SPS-QKD-Systems jedoch noch geringer als die des WCP-QKD-Systems. Die geringere Kanaldämpfung, die die Forscher in ihrem Quantenschlüsselverteilungssystem (QKD) beobachteten, ist nicht auf das System selbst zurückzuführen, sondern auf den Resteffekt von Mehrphotonen im verwendeten täuschungsfreien Protokoll. Im Rahmen zukünftiger Forschungsarbeiten hoffen sie, die Verlusttoleranz des Systems durch weitere Optimierung der Leistung der Einzelphotonenquelle (SPS) in der unteren Systemschicht oder durch die Einführung von Köderzuständen zu verbessern. Es wird erwartet, dass der kontinuierliche technologische Fortschritt die Entwicklung der Quantenschlüsselverteilung (QKD) hin zu praktischen und allgemeinen Anwendungen schrittweise vorantreiben wird.