Die Originalversion von diese Geschichte erschien im Quanta Magazine.
Nehmen wir an, Sie möchten eine private Nachricht senden, geheim abstimmen oder ein Dokument sicher unterschreiben. Wenn Sie eine dieser Aufgaben auf einem Computer ausführen, verlassen Sie sich auf die Verschlüsselung, um Ihre Daten zu schützen. Diese Verschlüsselung muss Angriffen durch Codeknacker, die ihre eigenen Computer nutzen, standhalten. Moderne Verschlüsselungsverfahren basieren daher auf Annahmen über mathematische Probleme, die für Computer schwer zu lösen sind.
Doch als Kryptographen in den 1980er Jahren die mathematischen Grundlagen für diesen Ansatz zur Informationssicherheit legten, entdeckten einige Forscher, dass Rechenhärte nicht die einzige Möglichkeit war, Geheimnisse zu schützen. Es wurde festgestellt, dass die Quantentheorie, die ursprünglich entwickelt wurde, um die Physik der Atome zu verstehen, enge Verbindungen zu Information und Kryptographie aufweist. Forscher haben Wege gefunden, die Sicherheit einiger spezifischer kryptografischer Aufgaben direkt auf den Gesetzen der Physik zu stützen. Aber diese Aufgaben waren seltsame Ausreißer: Für alle anderen schien es keine Alternative zum traditionellen rechnerischen Ansatz zu geben.
Ende des Jahrtausends glaubten Quantenkryptographieforscher, die Geschichte sei zu Ende. Doch erst in den letzten Jahren kam es in der Gegend zu einer weiteren seismischen Verschiebung.
„Es hat eine Neuordnung dessen gegeben, was unserer Meinung nach mit der Quantenkryptographie möglich ist“, sagte Henry Yuen, ein Quanteninformationstheoretiker an der Columbia University.
In einer Reihe aktueller Arbeiten haben Forscher gezeigt, dass die meisten kryptografischen Aufgaben auch in hypothetischen Welten, in denen praktisch alle Berechnungen einfach wären, immer noch sicher durchgeführt werden können. Alles, was zählt, ist die Schwierigkeit eines bestimmten Rechenproblems in Bezug auf die Quantentheorie selbst.
„Die erforderlichen Annahmen können viel schwächer sein“, sagt Fermi Ma, Quantenkryptografin am Simons Institute for the Theory of Computing in Berkeley, Kalifornien. „Das gibt uns neue Einblicke in die Härte der Berechnung selbst.“ »
Diese Nachricht wird sich selbst zerstören
Die Geschichte beginnt in den späten 1960er Jahren, als ein Physikstudent namens Stephen Wiesner begann, über die destruktive Natur von Messungen in der Quantentheorie nachzudenken. Messen Sie jedes System, das den Regeln der Quantenphysik unterliegt, und Sie ändern den Quantenzustand, der seine Konfiguration mathematisch beschreibt. Diese Störung der Quantenmessungen war für die meisten Physiker ein Hindernis. Wiesner, der eine unorthodoxe Sichtweise der informationszentrierten Quantentheorie vertrat, fragte sich, ob sie nützlich sein könnte. Vielleicht könnte es als eine Form des integrierten Schutzes gegen die Veränderung sensibler Daten dienen.
Aber Wiesners Ideen waren ihrer Zeit zu weit voraus und er verließ die akademische Welt nach seinem Graduiertenstudium. Glücklicherweise hatte er seine Ideen mit seinem Freund und Physikkollegen Charles Bennett besprochen, der ein Jahrzehnt lang erfolglos versucht hatte, andere für das Thema zu interessieren. Schließlich lernte Bennett 1979 auf einer Konferenz den Informatiker Gilles Brassard kennen, als er vor der Küste Puerto Ricos schwamm. Gemeinsam verfassten sie ein bahnbrechendes Papier, in dem sie einen neuen Ansatz für eine wichtige kryptografische Aufgabe beschrieben. Ihr Protokoll basierte auf störenden Quantenmessungen und erforderte keine Annahmen über die Schwierigkeit von Rechenproblemen.