foeXlabAktuelle Themen
BB84 - Quantenkryptographie

BB84 - QUANTENKRYPTOGRAPHIE

Der BB84 Aufbau wird im Bereich der Kryptographie verwendet. Bei dem Verfahren wird ein Schlüssel  erstellt, mit welchem dann Nachrichten ver- und entschlüsselt werden können.

Dabei wird Licht versendet. Die übertragene Information steckt in der Polarisationsrichtung. Durch Übertragung entsprechend polarisiertem Licht können die beteiligten Personen Alice & Bob einen Schlüssel finden.

Alice entscheidet sich zufällig für eine Polarisationsrichtung. Bob misst welche Alice genommen hat. Wenn die beiden jeder Richtung eine 1 oder eine 0 zuordnen, erhalten sie einen Schlüssel aus lauter zufälligen Einsen und Nullen.

So weit so gut, doch wo ist jetzt die Quantenkryptographie?

Im Experiment betrachten wir polarisiertes Licht eines Lasers. Doch was wäre wenn nur ein Photon das Experiment durchlaufen würde? Das Experiment bietet ein anschauliches Beispiel für Anwendungen der Quantenmechanik.

Wenn nur ein Photon das Experiment durchläuft, kann Bob nur zwischen zwei senkrecht zu einander stehenden Polarisationsrichtungen unterscheiden. Entweder zwischen senkrecht oder waagerecht (+), oder zwischen schräg oben links oder schräg oben rechts (X), denn er kann nur genau eine Messung an dem einem Photon durchführen danach ist es weg.

So kann er möglicherweise mit X gemessen haben, obwohl Alice oben losgeschickt hat dann ist sein Messergebnis purer Zufall. Daher müssen er und Alice sich danach absprechen welche Werte zufällig waren und diese Werte wegwerfen. Das sind ungefähr die Hälfte der Messwerte. Das klingt jetzt erstmal unsinnvoll, macht das Verfahren allerdings sehr sicher gegen lauschende.

Denn wer die beiden belauschen will muss Alice Photon abfangen, die Polarisation vermessen und Bob dann ein entsprechendes Photon weiterschicken. Doch auch hier ist der Messprozess in gewissem Maße Zufall. Denn folgendes kann passieren:

Alice schickt ein senkrecht polarisiertes Photon los, Eve, die versucht die beiden zu belauschen, fängt es ab und misst mit (X). Ihr Ergebnis ist: das Photon ist schräg oben rechts polarisiert. Aufgrund dieser Annahme schickt sie ein entsprechend polarisiertes Photon an Bob. Bob misst nun mit (+) eine waagerechte Polarisation. Wenn Alice und Bob nun diese Messung vergleichen und feststellen das Bobs Ergebnis von Alice abweicht wissen die beiden, dass sie belauscht wurden. Denn ohne Eve hätte Bob mit (+) ein senkrecht polarisiertes Photon gemessen.

Das Phänomen, das ein Messergebnis zufällig ist, wirkt zunächst erstmal nicht intuitiv, jedoch können wir es uns hier zu nutzen machen, und somit als einen Vorteil sehen.