Neue Wege der Daten-Kryptographie eröffnet ein erfolgreiches Experiment des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit der Ludwigs-Maximilian-Universität (LMU) München. So ist es den Wissenschaftlern weltweit erstmalig gelungen, einen sogenannten „Quantenschlüssel“ mit einem sich schnell bewegenden Objekt zu übertragen. Per Laserstrahl wurden die Quantendaten von einem Flugzeug zu einer Bodenstation gesendet.

Der Schlüsselaustausch auf Basis der Quantenmechanik gilt als absolut abhörsicher. Zur Verschlüsselung werden die quantenmechanischen Zustände einzelner Lichtteilchen genutzt. Jedes Abhören stört das Verhalten der Teilchen und kann dadurch sofort bemerkt werden. Bisher ist die Quantenkryptographie jedoch nur beschränkt im Einsatz – die Übertragung der Daten erfolgt in der Regel über Glasfaser, so dass Distanzen nur beschränkt überbrückt werden können. Das aktuelle Flugexperiment beweist nun, dass die Verschlüsselungstechnik auch für schnell bewegliche Objekte nutzbar ist und in bestehende optische Kommunikationssysteme integriert werden kann. Künftig könnten Quantendaten somit auch mittels Satelliten weltweit übertragen werden.

Das Experiment zur Quantenschlüsselübertragung fand in Oberpfaffenhofen statt, unter Nutzung der optischen Bodenstation des DLR-Instituts für Kommunikation und Navigation und des DLR-Forschungsflugzeug Do 228-212. Das vom Flugzeug gesendete Laserlicht wurde von der Bodenstation empfangen, mit speziell entwickelten Messgeräten aufgenommen und analysiert.

Der vom DLR entwickelte Kommunikationslaser ist aus Vorgängerprojekten bereits bewährt und besteht aus zwei Einheiten: Außen, am Rumpf der Dornier Do 228-212 befindet sich die Grobausrichte-Einheit. Der sich drehende Linsenspiegel wird durch eine kleine Glaskuppel geschützt. Ergänzend hinzu kommt die Feinausrichte-Einheit im Innenraum des Flugzeugs. Eine ausgeklügelte Sensorik und sehr schnell arbeitende Spiegel sorgen dafür, dass Vibrationen des Flugzeugs bis zu einem Frequenzbereich von 100 Hertz ausgeglichen werden. Nur so kann der Laserstrahl hochgenau ausgerichtet werden. Zusätzlich wird der Sender auch für das optische Tracking, also für die automatische Verfolgung des Flugzeugs eingesetzt. In dem Experiment zur Quantenschlüsselübertragung wurde mit dem Kommunikationslaser außerdem ein Referenzsignal übermittelt zur Synchronisation zwischen Flugzeug und Bodenstation.

Der Laser für die Quantenkryptografie wurde von einer Arbeitsgruppe um den LMU-Physiker Professor Harald Weinfurter eigens für dieses Experiment entwickelt. Mittels extrem schwache Laserpulse lassen sich die Quanteneigenschaften einzelner Lichtteilchen ausnutzen. Dies ist Voraussetzung für die Anwendung der abhörsicheren Verschlüsselungstechnik.