Verifizierung einer Quantenschlüsselverteilung endlicher Länge und kontinuierlicher Variablen gegenüber beliebigen Lauschangriffen

• Antragsteller: Professor Dr. Roman Schnabel; Professor Dr. Reinhard F. Werner
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 249157115

Quantenschlüsselverteilung (QSV) hat die Verteilung geheimer Information zum Ziel, welche im einfachsten Fall nur zwei direkt beteiligten Parteien bekannt sein soll. Diese werden für gewöhnlich Alice und Bob genannt. Im Gegensatz zur klassischen Kryptographie verhindern fundamentale Gesetze der Quantenmechanik, dass der Schlüssel, der in Quantenzustände kodiert wird, unbemerkt kopiert werden kann. QSV wird weithin als der am stärksten entwickelte Bereich der Quanteninformationswissenschaft betrachtet, da bereits kommerzielle Implementierungen erhältlich sind. Das Ziel dieses Projekts ist der Aufbau eines Quantenkryptographiesystems mit verschränkten Laserstrahlen, das bisherige Arbeiten in einigen signifikanten Punkten verbessert. Wir werden zum ersten Mal ein QSV-System mit kontinuierlichen Variablen implementieren, das Sicherheit gegen allgemeinste, kohärente Attacken bietet. Im Gegensatz zu vorausgegangenen Vorschlägen und Realisierungen mit kontinuierlichen Variablen, welche die Sicherheit mit Hilfe einer asymptotischen Formel hinsichtlich der Quantenfehlerrate beurteilen, wird das neue Protokoll keine zusätzlichen starken Annahmen benötigen, die die Art des Angriffs einschränken. Erst kürzlich wurde der erste Sicherheitsbeweis, der ohne solche Einschränkungen auskommt, durch den Theoriepartner dieses Antrags gegeben. Wir werden die weltweit stärkste Verschränkung zwischen zwei Laserstrahlen benutzen, welche nur im Labor des experimentellen Partners zur Verfügung steht. Dies ist eine Voraussetzung, um die anspruchsvollen Kriterien des neuen Sicherheitsbeweises erfüllen zu können. In der zuvor bereits erwähnten asymptotischen Formel wird die Existenz einer passenden Datennachverarbeitung zur Schlüsselerzeugung nur behauptet. In den meisten bisherigen Experimenten wurde die klassische Nachverarbeitung deshalb oft als gegeben angenommen. Wir werden sie implementieren und somit tatsächliche Schlüssel erzeugen. Das Projekt ist eine Fortführung früherer gemeinsamer Arbeiten der zwei Partner, in welchen gezeigt werden konnte, dass ein Vorläufer der geplanten Laserquelle die asymptotischen Sicherheitskriterien erfüllt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen