Zeitung Heute : Quantenspuk verhindert Spionage

Wie die Socken eines Physikers die Grundlage für einen nicht zu knackenden Code liefern

Roland Knauer
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Socken und Quantenphysik. Der modische Spleen des Physikers reinhold Bertlmann hat auch mit Physik zu tun. Foto: Fotolia/ Montage...

Als der Nobelpreisträger Albert Einstein im Jahr 1935 eine „spukhafte Fernwirkung“ in der Quantenphysik widerlegen wollte, konnte er kaum ahnen, dass ein halbes Jahrhundert später die Socken des österreichischen Physikers Reinhold Bertlmann beweisen würden, dass der Spuk Realität werden kann. Heute arbeiten Physiker wie Professor Heinrich Stolz und Professor Werner Vogel von der Universität Rostock am Grundverständnis des Phänomens von „Bertlmanns Socken“, um Verschlüsselungsmethoden zu ermöglichen, die nicht geknackt werden können, ohne dass der Spion dabei auffliegt.

Seit seinen Studententagen trug Reinhold Bertlmann immer verschiedenfarbige Socken. Wer diese Gewohnheit kannte und einen pinkfarbenen Socken an Bertlmanns rechtem Fuß sah, den dieser gerade um eine Ecke schwang, konnte mit Sicherheit vorhersagen, dass der noch hinter der Ecke verborgene linke Fuß nicht in pink gekleidet war. Genau solche Vorhersagen aber sollten in der Quantenphysik nicht funktionieren. Saust ein grünes Lichtteilchen hinter einer Wand hervor, sollte auch der beste Physiker daraus nicht folgern können, dass ein noch hinter der Wand verborgenes Lichtquant auf gar keinen Fall grün sein könne. Genau das war die „spukhafte Fernwirkung“, die Albert Einstein nicht glauben wollte.

„Diese Fernwirkung aber ist seit 1982 in verschiedenen Experimenten nachgewiesen“, erklärt Heinrich Stolz, der am Institut für Physik der Universität Rostock die Arbeitsgruppe Halbleiteroptik leitet. Man kann Atome so mit einem Laser beschießen, dass sie zwei Lichtteilchen abgeben, die in entgegengesetzten Richtungen aus dem Atom heraus sausen. Diese beiden Lichtquanten aber haben mit der Sockenmode von Reinhold Bertlmann eine frappierende Gemeinsamkeit: Dreht eines dieser auch „Photonen“ genannten Teilchen sich nach rechts um seine eigene Achse herum, muss das andere Photon sich linksherum drehen.

Beide Photonen sind miteinander „verschränkt“, nennen Physiker diese gegenseitige Abhängigkeit. Zwar weiß niemand, welche Drehrichtung ein bestimmtes Photon hat. Sobald aber eines der Photonen als rechtsdrehend entlarvt ist, muss das andere links herum drehen. Nicht anders verhält es sich mit den Farben der Socken von Reinhold Bertlmann.

Allerdings entfernen sich die Socken des Wiener Physikers nie weit voneinander, während der Abstand zwischen den beiden in entgegen gesetzte Richtungen davon schießenden Photonen schon nach einer Sekunde mit rund 600 000 Kilometern weit mehr als die Entfernung zwischen Erde und Mond beträgt. Misst dann ein Physiker die Drehrichtung eines der beiden Photonen und weiß über deren Verschränkung Bescheid, kennt er sofort die entgegengesetzte Drehung des anderen, obwohl dieses bereits zwei Sekunden entfernt ist und von der Erkenntnis des Forschers noch gar nichts mitbekommen konnte. Die „spukhafte Fernwirkung“ von Albert Einstein funktioniert also nur, solange man den Zusammenhang kennt. Genauso basiert die Vorhersage der Sockenfarbe auf der Kenntnis der Modevorstellungen von Reinhold Bertlmann.

Auf solche Verschränkungen fußt die Verschlüsselungsmethode, an deren Grundlagen Werner Vogel, der am Institut für Physik der Universität Rostock die Arbeitsgruppe Theoretische Quantenoptik leitet, und Heinrich Stolz forschen. In dieser „Quantenkryptographie“ verwenden sie die völlig zufälligen Reihenfolgen von Drehungen als Code, um eine Nachricht zu verschlüsseln. Knackt ein Spion diesen Code, fällt das dem Empfänger auf, wenn er den Schlüssel erhält. Also wird ein neuer Code geschickt und erst wenn dieser nicht geknackt wurde, folgt die damit verschlüsselte Nachricht.

Heinrich Stolz kommt mit seinen Experimenten in Rostock inzwischen wieder auf die Sockenfarben von Reinhold Bertlmann in Wien zurück. Demnächst will er künstliche Atome in Halbleiterstrukturen so anregen, dass sie verschiedenfarbige Lichtteilchen aussenden. Ist eines dieser Photonen blau, müsste das in die entgegengesetzte Richtung davon schießende Lichtteilchen rot sein.

Das hat sich garantiert kein Geheimdienst träumen lassen, dass man eines Tages Spionen mit verschiedenfarbigen Socken das Handwerk legen könnte. Roland Knauer

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