Während des Zweiten Weltkriegs verwendete das deutsche Militär ein Verschlüsselungswerkzeug namens Enigma Machine, um geheime Nachrichten zu senden. Das Gerät , das wie eine übergroße Schreibmaschine aussah, lief Nachrichten durch eine Reihe von Rotoren mit Tausenden verschiedener Kombinationen hin und her. Es entstand eine Art Kauderwelsch, der bei Übertragung über Telegraphen- oder Funkleitungen nur von einem Enigma-Empfänger entschlüsselt werden konnte, der auf der anderen Seite die gleichen Einstellungen hatte. Zumindest funktionierte das so, bis ein unerschrockenes Team britischer Codebrecher unter der Leitung des Mathematikers Alan Turing und seines Kollegen Gordon Welchman eine Maschine namens Bombe erfand, die Enigma-Nachrichten lesen konnte.
Das war das Problem bei Verschlüsselungstechnologien - egal wie sicher sie zu sein scheinen, früher oder später scheint immer jemand einen Weg zu finden, sie zu knacken . In der Tat scheinen Geheimnisse anfälliger als je zuvor zu sein, da staatliche Sicherheitsbehörden (und vermutlich Codebrecher aus anderen Ländern) Supercomputer zur Verfügung haben.
Aber was wäre, wenn es eine Möglichkeit gäbe, einen Code zu senden, der nicht entschlüsselt werden kann, egal wie viel Rechenleistung und Einfallsreichtum dagegen gerichtet waren? Bereits 1949 schrieb der amerikanische Mathematiker Claude Shannon einen Artikel mit dem Titel "Communication Theory of Secrecy Systems", in dem er argumentierte, dass es möglich sein würde, eine vollständig sichere codierte Nachricht zu senden, vorausgesetzt, dass ein einmaliger, zufällig generierter Verschlüsselungsschlüssel verwendet wurde, der diese trug keine Beziehung zum Text. Selbst wenn jemand Brute-Computing-Kraft einsetzen würde, um die Verschlüsselung zu unterbrechen, würde er nur viele verschiedene mögliche Nachrichten erhalten, ohne zu wissen, welche Sie gesendet haben. Der einzige große Fehler in Shannons Technik war, dass der Verschlüsselungsschlüssel mindestens so lang sein musste wie die Nachricht selbst, was irgendwie unhandlich sein würde.
Vor einigen Jahren hatte der Professor des Massachusetts Institute of Technology, Seth Lloyd , ein besonders ausgeklügeltes Brainstorming entwickelt. Was wäre, wenn eine Rätselmaschine anstelle von Elektrizität und Rotoren, die ihre Position ändern, Photonen , das Elementarteilchen des Lichts und andere Formen elektromagnetischer Energie verwendet? Nach der Quantenphysik können Photonen zwei Pfaden gleichzeitig folgen. Wie dieser Artikel von New Scientist aus dem Jahr 2013 erklärt, würde dies Shannons Gleichung ändern und es so gestalten, dass eine Erhöhung der Informationen die Verschlüsselung nicht schwächt - dh es wäre möglich, Nachrichten zu senden, die länger als der Verschlüsselungsschlüssel sind.
Jetzt haben Forscher Lloyd's Idee ein Stück weiter gebracht. In nicht nur einem , sondern zwei separaten Artikeln, die am selben Tag in der Zeitschrift Physical Review A zur Veröffentlichung angenommen wurden, haben die Wissenschaftler einen Proof of Concept vorgelegt - also experimentelle Beweise dafür, dass eine Quanten-Rätsel-Maschine funktionieren würde.
"Wir haben experimentell die Sperrung von Quantendaten demonstriert, ein Effekt, der kein klassisches Analogon zu einem Gerät aufweist, von dem wir glauben, dass es in Form einer Quanten-Rätsel-Maschine theoretisch sicher gemacht werden kann", sagt Daniel Lum , wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität von Rochester und Hauptautor auf einem der Papiere.
Das heißt aber nicht, dass Spionageagenturen sofort loslegen und mit dem Bau von Quanten-Rätsel-Maschinen beginnen werden. Es müsste noch viel Arbeit geleistet werden, um das Laborexperiment in eine praktische Quanten-Rätsel-Maschine zu verwandeln, sagt Lum. Zum Beispiel verwendeten er und seine Kollegen einen Versuchsaufbau, der Photonen durch die Luft übertrug, was in der Außenwelt nicht so gut funktionieren würde. "Jeder atmosphärische Verlust oder jede Turbulenz ist ein Albtraum, den man erklären und korrigieren muss", sagt er.
Das bedeutet, dass Quanten-Rätsel-Maschinen für die Übertragung optische Fasern verwenden müssten , eine Methode, die Lum und seine Kollegen in ihrem Artikel detailliert beschreiben. "Es ist jedoch ein weiteres Problem, die Verluste mit einer Glasfaser so gering wie möglich für die praktische Kommunikation zu halten", sagt er. "Die Übertragung klassischer Informationen, die direkt in Quantenzustände codiert sind, ist ein sehr schwieriges Problem, das viele Menschen für unpraktisch halten."
Wenn wir jedoch die Probleme beim Aufbau eines solchen Quantenkommunikationskanals überwinden können, so Lum, "würde dies bedeuten, dass die Möglichkeit besteht, vollständig sichere Daten - theoretisch sichere Informationen - mit einer viel höheren Effizienz zu übertragen, als dies derzeit in der klassischen Definition der Fall ist." Informationstheorie. "
Und wenn das passiert, müssen Wissenschaftler möglicherweise einen Weg finden, Alan Turing zu klonen, um diesen neuen Code zu knacken.
Das ist cool
Turing und seine Kollegen haben Enigma im Wesentlichen geknackt, indem sie den Botschaften der Deutschen Informationen hinzugefügt haben, indem sie fundierte Vermutungen über ihren Inhalt angestellt haben. Dadurch konnten sie die Stärke des Verschlüsselungsschlüssels reduzieren.
