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Zufallszahlen-Generator: Mittels 'Quanten-Fluktuationen' zur perfekten Verschlüsselung

„Praktisch wie aus dem Nichts.“ – So könnte schon bald eine neue technische Errungenschaft völlig zufällige Zahlenfolgen generieren. Diese spielen etwa im Bereich der Kryptologie eine wichtige Rolle, wo es darum geht, technische Verfahren für die Informationssicherheit zu entwickeln. Bislang werden diese Kombinationen aus Zahlen entweder durch Computer-Algorithmen oder mithilfe sogenannter verschränkter Ionen erstellt. Erstere sind aber zu unsicher, letztere zu teuer und langsam. Nun ist es dem deutschen Wissenschaftler Christian Gabriel vom Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts (MPL) in Erlangen aber gelungen, eine Art Mikrofon zu bauen, mit dem – und ab hier wird’s jetzt etwas spacig – die zufälligen Quanten-Fluktuationen im Vakuum abgehört, diese Geräusche an einen Laser weitergegeben und in entsprechende Zahlenfolgen umgewandelt werden können.

Bei besagten Fluktuationen handelt es sich vereinfacht dargestellt um das ebenso plötzliche Auftauchen wie Verschwinden virtueller Teilchen-Paare. Virtuell sind sie deshalb, weil sie zwar in Wechselwirkung mit anderen Teilchen treten können und somit einen kurzlebigen Zwischenzustand einnehmen. Dieser ist aber so kurz, dass sie nach außen für den Forscher niemals sichtbar sind.

Nun besteht ein Vakuum im wissenschaftlichen Sinn nicht aus Nichts, sondern aus Energie, deren Energiedichte aber bei Null zu liegen scheint, was faktisch nicht zutrifft. Es verhält sich nämlich nicht so, dass im Vakuum nichts passiert, alles ruhig und ausgeglichen ist. Vielmehr gibt es Schwankungen, die sich darin äußern, dass die Energiedichte, also die Verteilung der Energie im Raum, an der einen Stelle im Vakuum etwas höher und an der anderen entsprechend niedriger liegt. Bei diesen Schwankungen entstehen nun die erwähnten Teilchenpaare, die für ihre „Geburt“ quasi Energie vom Vakuum absaugen, sich durch ihre entgegengesetzte Quanteneigenschaften aber in Sekundenbruchteilen wieder gegenseitig zerstören und dabei ihre Energie wieder an das Vakkum zurückgeben. Und das bei diesem Ereignis entstehende „Rauschen“ kann Gabriel offenbar mittels eines Lasers „hörbar“ machen. Details zur Funktionsweise findet ihr auf der Seite des oben erwähnten Fachmagazins.

„Es ist eine einfache Methode, die gute Werte liefert“, so Gabriel. Damit ist nicht nur die Zufälligkeit der generierten Zahlen gemeint, sondern auch das Tempo, in dem sie erstellt werden. Schon heute erreichen sie nämlich die Leistungsfähigkeit von kommerziell verfügbaren (Quanten-)Zufallszahlengeneratoren (wenn ihr einen ausprobieren wollt, unter Randomnumbers.info habt ihr die Gelegenheit dazu), deren Bit-Stream bei etwa 6.5 Millionen pro Sekunde liegt. Das Team von Gabriel hofft aber, schon bald mehr als 30 Mal so schnell zu sein. Gut möglich, dass wenn alles gut gelingt, wir bald eine Art kleines „Quanten-Fluktuationsmikrofon“ im Rechner integriert haben, das uns noch besser vor dem Missbrauch unserer Daten schützt. Zu wünschen wäre es jedenfalls.

(Marek Hoffmann)


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Über den Autor

Marek Hoffmann

Marek Hoffmann hat von 2009 bis 2010 über 750 Artikel für BASIC thinking geschrieben und veröffentlicht.

3 Kommentare

  • Also entweder man will einfach nur „gute Zufallszahlen“, dann erreicht man das durch ein einfaches Rauschen das von jeder billigen Soundkarte geliefert wird.

    Oder man benötigt QBits, welche auf der Quantenebene verschränkt sind und somit echt schwierig zu isolieren sind, weil eine ungewollte Messung stattfinden kann und dann sind diese determiniert und nicht mehr zu gebrauchen.

    Im Artikel kann ich nicht klar erkennen was davon geliefert werden soll. Das liegt darin das man bei der Quanten-Kryptologie nicht einfach NUR echte bzw gute Zufallszahlen benötigt.

    Man baut sich doch aus den verschränktem Paar einen Schlüssel welches bei einer ungewollten Beobachtung, in diesem Fall ein potentieller Spion, in einem bestimmten Zustand kollabiert. Das Paar hat dann irgendeinen Zustand eingenommen, welches nicht mehr von der Verschlüsselungssoftware determiniert werden kann, weil diese ja durch den Spion mitten im Übertragungsweg determiniert wurde.

    Jetzt kann man einen Quanten-Zufallszahlengeneratoren nicht einfach so testen, da man zuerst wissen muss welches dieser Bit-Paare miteinander verheiratet sind. Auf der Homepage Randomnumbers.info kann ich jedoch nirgends diese Information finden.

    UND selbst wenn einem diese Information geliefert werden würde, ist die Verschränkung stets in Gefahr doch irgendwie ungewollt beobachtet zu werden. Irgend ein Virenscanner schaut drauf und tut so die möglichen Zustände zumindest einschränken. Würde es nämlich einen Viren-Muster erkennen, dann übermittelt es das an den User und schon hat man eine Möglichkeit abgegrenzt. Dies hat zur Folge das einige Verschränkungen hops gehen.

    Naja, egal. Toller Artikel. Ich will mehr davon!

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