"Gott würfelt nicht!"
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Formale Metadaten
| Titel |
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| Serientitel | ||
| Anzahl der Teile | 15 | |
| Autor | ||
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| Identifikatoren | 10.5446/50682 (DOI) | |
| Herausgeber | ||
| Erscheinungsjahr | ||
| Sprache |
Inhaltliche Metadaten
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| Abstract |
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Datenspuren 20202 / 15
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ChiffrierungQuantenkryptologieQuantentheorieLanczos, CorneliusDDR-SDRAMQuantenmechanikKerndarstellungQuantisierung <Physik>Systems <München>PhysikerRelativitätstheorieAtom <Informatik>KerndarstellungOrbit <Mathematik>MomentenproblemGeschwindigkeitQuantentheoriePhysikalische TheorieKryptologieCodierungComputeranimation
06:55
LisaMono-FrameworkBabbage, CharlesRSA-VerschlüsselungKryptologieVorwärtsfehlerkorrekturParallelenGeschwindigkeitARISChiffrierungMathematikerSchaleQuarkmodellKryptologieVersion <Informatik>HANS <Datenbanksystem>ArithmetikKanal <Bildverarbeitung>ComputerElliptische KurveLaufzeitsystemEnergieSoftwareentwicklerParallelenAssistent <Programm>ZeichenvorratQuantisierung <Physik>RechenzeitPlastikkarteGraphiktablettPRIMA <Programm>Babbage, CharlesProgramm/Quellcode
13:39
ComputerSupercomputerBenutzerführungAlgorithmusQuantencomputerAlgorithmusExpertensystemBALL <Programm>ComputerAussage <Mathematik>SoundverarbeitungProzess <Physik>CodierungSchwebungBerechenbarkeitQuantenzustandGeschwindigkeitSoftwareScreeningTOUR <Programm>HardwareProzessorQuantisierung <Physik>KryptologieWürfelBitKerndarstellungRechenzeitComputeranimation
20:12
VererbungshierarchieInformationBerechenbarkeitEnergieWelleQuantenmechanikQuantencomputerPlancksches WirkungsquantumQuantentheorieReiheNewton, IsaacBerechenbarkeitEnergiePhysikerQuantisierung <Physik>Klassische PhysikInformationQuantentheorieKörpertheorieQuantenfeldtheorieKlasse <Mathematik>VorhersagbarkeitGeschwindigkeitWürfelProgramm/QuellcodeComputeranimation
26:45
DatenübertragungWelleSun <Marke>PhysikerHöheGeschwindigkeitSound <Multimedia>DoppelspaltComputeranimation
29:27
PhysikerPlancksches WirkungsquantumKraftÜberlagerung <Mathematik>DoppelspaltSuperposition <Mathematik>QuantenzustandQuantentheorieSoundverarbeitungEnergieQuantenzustandWürfelMYSTLokalität <Informatik>QuantenphysikBALL <Programm>GoogleInelastischer StoßKlassische PhysikPhysikerÜberlagerung <Mathematik>GeschwindigkeitModulOffice <Programm>Quantisierung <Physik>Objekt <Kategorie>FeuchteleitungFernwirkungDoppelspaltGemischter ZustandHalbkugelProgramm/QuellcodeComputeranimation
39:25
QuantenzustandLaufzeitsystemDatenübertragungInformationQuantenkommunikationPotenzialfeldFeuchteleitungKinetische EnergiePotenzielle EnergieAbstandRastertunnelmikroskopEnergieKryptologieRichtungZahlFaktorisierungPhysikalische GrößePrimzahlQuantisierung <Physik>Objekt <Kategorie>KommunikationPositionGeschwindigkeitFeuchteleitungQuantenzustandKinetische EnergieInformationSound <Multimedia>ZehnPrimfaktorQuantenkommunikationKryptologieEnergieGemischter ZustandProgramm/QuellcodeComputeranimation
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Zusammenhang <Mathematik>AlgorithmusQuantencomputerZahlRSA-VerschlüsselungQubitQuantentheorieSuperposition <Mathematik>QuantenkryptologieEnergieerhaltungImpulserhaltungQuantenzustandPolarisationKorrelationDrehimpulserhaltungPrimidealKlasse <Mathematik>LaufzeitFaktorisierungQuantencomputerBitAlgorithmusQuantisierung <Physik>Zusammenhang <Mathematik>SoftwareentwicklerChiffrierungChiffreMathematikerUmsetzung <Informatik>Verschränkter ZustandZahlQuantengravitationSoftwareComputerHardwareQuantentheorieExpertensystemSuperposition <Mathematik>RelativitätstheorieQubitProgramm/QuellcodeComputeranimation
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PrimidealAlgorithmusQuantencomputerLaufzeitMathematikZahlFaktorisierungZerlegung <Mathematik>Fourier-EntwicklungEin-AusgabePolarisationE-LearningSenderCodierungKanal <Bildverarbeitung>PositionMathematikerOrdnungsbegriffFourier-TransformationQuantencomputerPolarisationRichtungWald <Graphentheorie>ExplosionswelleProgramm/QuellcodeComputeranimation
54:50
QuantenzustandGEDCOMPolarisationGraphische DarstellungInformationStörungstheorieSymmetrieBLENDSoundverarbeitungQuantenzustandComputeranimation
56:43
DatenübertragungSenderUnschärfeDämpfungDämpfungSoundverarbeitungQuanteninformatikPrognoseZufallsgeneratorMeterVariableObjekt <Kategorie>EinflussgrößeManufacturing Execution SystemQuantenzustandPolarisationQuantisierung <Physik>KommunikationProgramm/QuellcodeComputeranimation
01:00:41
DatenübertragungOrdnungsbegriffQuantencomputerQuantenkommunikationMomentenproblemLängeElliptische KurveQuantisierung <Physik>ComputerXMLUML
01:02:42
QuantencomputerInternetQuelle <Physik>MomentenproblemComputeranimation
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ComputerComputeranimation
Transkript: Deutsch(automatisch erzeugt)
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Herzlich willkommen hier zum nächsten Vortrag. Heute Morgen schon da gewesen Uli Kleemann und er wird uns jetzt einführen in die Welt der Quanten-Kryptographie.
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Also herzlich willkommen zurück. Fragen könnt ihr wie vorhin auch schon im MetaMOS oder im PET zurücklassen. Die ganzen Links findet ihr auf datenspuren.de. Und jetzt viel Spaß mit Einführungen in die Quanten-Kryptographie von Uli Kleemann. Ja hallo. Ich hoffe ihr könnt mich alle gut hören. Wir hatten hier ein paar technische Probleme und die haben wir glaube ich jetzt gefixt.
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Ja jetzt wird es ziemlich hardcore. Einführung in die Quanten-Kryptographie. Ein Thema das ja ich sag mal es ist schon hart an
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der Grenze dessen was man Nicht-Physikern oder Menschen die nicht jeden Tag mit komplexen Systemen zu tun haben eigentlich noch zumuten kann. Und wenn hier manche glauben sie hätten nichts verstanden. Das macht gar nichts. Das ist völlig normal. Das ist einfach
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so abstrakt dass man sich einfach nur mal antun kann. Vieles davon lässt sich auch immer noch nicht schlüssig erklären.
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Also keine Angst. Wir versuchen es so einfach zu machen wie es geht. Ja zu Anfang mal eine Frage. Was haben diese beiden Herrschaften? Michael Sergeyevich Gorbatschow vielleicht noch dem einen oder anderen bekannt und Albert Einstein.
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Was könnten die beiden gemeinsam haben? Der eine Politiker der andere Wissenschaftler lebten zu verschiedensten
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Zeiten. Haben sich nie getroffen. Aber dennoch haben sie einiges gemeinsam. Beides sind Nobelpreis Gewinner. Michael Gorbatschow hat den Friedensnobelpreis bekommen. Albert Einstein bekanntermaßen den für Physik
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und zwar nicht für die Relativitätstheorie. Sie haben beide an etwas geglaubt. Michael Gorbatschow hat daran geglaubt er könne den Sowjetkommunismus reformieren. Albert Einstein hat
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geglaubt dass die Quantentheorie so nicht stimmt und beide haben sich gründlich geirrt. Sowohl Michael Gorbatschow als auch Albert Einstein. Gorbatschow Sowjetunion ist wie wir wissen zusammengebrochen und
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Albert Einstein wie wir heute wissen hat sich was die Quantentheorie angeht mehr als einmal geirrt. Gott scheint doch zu würfeln und Michael Gorbatschow soll ja angeblich gesagt haben wer zu spät kommt dem bestraft das Leben. Haben beide aber niemals so gesagt sondern so.
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Albert Einstein hat sich mit Max Born lange gestritten über das Für und Wider. Das Zitat hier
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mit dem Alten, er muss ein sehr intimes Verhältnis zu Gott gehabt haben, ist bekannt und belegt. Nils Bohr soll ihm das es leider nicht belegt zurückgeschrieben haben. Er möge doch bitte aufhören dem lieben Gott Vorschriften zu machen.
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Ja was hab ich mit Einstein gemeinsam. Ich bin auch kein besonderes Talent. Ich war schlecht in der Schule aber ich bin ausgesprochen neugierig und das ist auch der Grund weshalb ich mich mit so einem Thema hier befasse. Ich heiße euch noch mal herzlich willkommen aber nicht zu einem klassischen Vortrag den könnt
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ich gar nicht halten sondern zu einer Reise in eine völlig neue uns unbekannte fantastische Welt. In einer Welt in der es völlig anders zugeht und völlig anders aussieht als alles das was uns bekannt ist, als alles das was wir kennen. Theorien müssen nicht stimmen sie müssen nur schön sein. Das soll Einstein mal gesagt haben.
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Und wenn wir uns mal ganz kurz zurück erinnern so an unsere Schulzeit. Dann haben wir irgendwann mal gelernt alle Materie besteht aus Atomen vom griechischen Atomos und Heilbar.
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Und so ein Atom besteht dann aus einem Kern der wiederum besteht aus positiven Teilchen und neutralen Teilchen den sogenannten positiven Protonen und den neutralen Neutronen. Und da rundherum mehr oder weniger auf festen Bahnen ähnlich unserem Sonnensystem da schwirren dann die Elektronen rundherum.
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Nehmen wir mal einen Moment an das würde so stimmen. Wir haben ja viel in der Schule gehört was so nicht stimmt. Da haben wir einen Kern und ein Elektron das etwa 2000 mal kleiner ist als dieser Kern.
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Und dieser Kern ist aufgrund der Protonen die ja positiv sind also positiv geladen. Während das winzige Elektron negativ geladen ist.
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Wenn das Modell hier so stimmte dann müsste dieses winzige Elektron ja mit einer immensen Geschwindigkeit von diesem riesigen positiv geladenen Kern angezogen werden. Und mit voller Wucht in dieses fragile Gebilde Atomkern einschlagen und den zerdrümmern.
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Ähnlich wie ein kleines Metallteilchen von einem starken Magneten angezogen wird. Das passiert aber nicht. Und ein Atomkern zerfällt auch nicht dadurch dass er mit Elektronen beschossen würde sondern wie wir wissen seit 1945 beziehungsweise seit 1938.
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Man kann diesen Atomkern durchaus teilen. Es ist spaltbar es ist nicht unteilbar. Ja und das hat letztlich dann zu diesen beiden Auswirkungen geführt.
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Einmal zur Bombe und zum anderen zur sogenannten friedlichen Nutzung der Atomkraft. Beides Entwicklungen und Erfindungen die wir am liebsten rückgängig machen würden. Er war schuld denn er kam vor Doha mit seinem Assistenten Fritz Strassmann 1938 auf die Idee.
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Man könne doch mal so einen Atomkern mit Protonen mit Neutronen Entschuldigung beschießen. Und dabei stellte er plötzlich fest Hoppla ich hab ja hier auf einmal Energie.
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Wo kommt die her? Keine Ahnung. Er war sich nicht sicher schrieb dann seiner Bekannten Lise Meitner seine Erlebnisse. Und die schrieb zurück Herzlichen Glückwunsch ihr habt den Urankern zum Barium zerdrümmert.
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Prima. Und damit wurde alles anders als bisher. Plötzlich gab es ganz neue Teilchen die sogenannten Quarks es gab neue Elemente im Periodensystem. Radioaktivität Halbwertzeit und und und. Wo sind jetzt hier die Parallelen zur Kryptographie die ja ein Teilbereich der Mathematik ist.
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Nun die Kryptographie ist in der Mathematik ich glaube der Teilbereich wo man am allerhäufigsten immer wieder von vorne anfangen musste. Angefangen hat das Ganze ja mal zu Zeiten der alten Römer die berühmte Cäsarschifre.
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Cäsar ist einfach hingegangen und hat statt des römischen das griechische Alphabet verwandt und die Buchstaben um 13 Stellen verschoben. Ja sobald die Häufigkeitsanalyse entdeckt war also sprich das Wissen darum welche Buchstaben in welcher Sprache mit welcher Häufigkeit vorkommen.
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Waren diese Verschiebeschriften mit Schiffrei-Alphabeten alle hinfällig alle wertlos. Dann hat es gedauert bis ins 16. Jahrhundert bis ein gewisser Franzose mit dem Namen Vigenère.
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Auf die Idee kam man könne ja statt einem mehrere Schiffrei-Alphabete verwenden. Und das hielt 400 Jahre lang bis ein gewisser Engländer mit dem Namen Charles Babbage Hobbyforscher auch diese durch eine Häufigkeitsanalyse gebrochen hat.
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Dann ist lange lange lange nichts passiert was in der Kryptographie nichts besonderes ist. In der Kryptographie hat man gern Verfahren die erprobt sind die eingeführt sind gut abgehangen ausgiebig getestet.
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Und das wurde in der Vergangenheit auch immer so im stillen Kämmerlein geheim entwickelt war für die Militärs gedacht für die Diplomatie aber nicht für die breite Masse. Und dann kam man irgendwann in den 70er Jahren mal auf die chloreiche Idee man könne doch eine Ausschreibung machen für einen neuen Verschließungsalgorithmus den sogenannten AES für Advanced Encryption Standard.
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Das hat man auch gemacht und hat den auch weiterentwickelt bis man dann beim der dritten Version des DES gelandet ist 1998.
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Und damit war ein doch sehr sicheres Verfahren für die sogenannte Synchrone Verschlüsselung gefunden. Jetzt galt es noch ein Problem zu lösen. Was mache ich wenn ich diesen Schlüssel der ja für das F und N
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Schlüssel bei der Synchrone Verschlüsselung der gleiche ist über einen unsicheren Kanal übertragen muss. Das heißt wenn wir diesen Schlüssel nicht in einer sicheren Umgebung austauschen können. Und darüber haben sich viele viele kluge Köpfe den Kopf zerbrochen bis dann
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1976,77 die Herren Reibest, Schamier und Edelmann und die Mathematiker Diffie und Hellmann. Auf die Idee kamen man könne das ganze mithilfe der Modulu Arithmetik machen den sogenannten Diffie Hellmann Schlüsselaustausch.
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Und damit war dann wirklich eines der größten Probleme in der Kryptographie gelöst nämlich die Möglichkeit einen Schlüssel über unsichere Kanäle sicher auszutauschen. Ja was damals natürlich nicht vorauszusehen war wie stark sich die Geschwindigkeit die Rechenleistung der Computer entwickeln würde.
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Und wir sind heute dabei dass wir bei der Asynchronen Verschlüsselung zum Beispiel mit RSA das Problem haben dass die Schlüssellängen immer größer werden müssen.
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Das heißt die Rechenzeit und auch der Speicherplatz der benötigt wird einen entsprechend langen Schlüssel zu generieren wird immer größer. Und das stellt gerade bei Smart Devices oder auch bei Chipkarten oder auch bei mobilen Devices bei Akkugeräten generell ein Problem dar.
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Das braucht einfach so viel Energie dass der Akku von so einem Tablet schon leer wäre bevor der Schlüssel generiert ist.
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Auch das Problem wurde jetzt gelöst durch den Einsatz sogenannter elliptischer Kurven Kryptographie. Ja wunderbar jetzt könnten wir alle glücklich sein wir haben alle Probleme gelöst von wegen jetzt können wir das alles über den Haufen werfen und gerade wieder bei Null anfangen. Ja wo ist eigentlich das Problem? Stichwort Quanten Computer.
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Es gab hier eine Anhörung 2018 am 6.6.2018 im Deutschen Bundestag dazu wo viele Experten sich dazu geäußert haben. Ziemlich verwirrende Aussagen kurz und gut.
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Wir haben heute die Technologie und auch die Software praktisch alle Verschlüsselungsverfahren die wir kennen in akzeptabler Zeit zu knacken. Das einzige was dazu noch fehlt ist ein entsprechend lauffähiger Computer also die Hardware.
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Die gibt es zum Teil schon aber sie ist noch nicht so ausgereift als dass wir sie wirklich benutzen könnten. Und hinzu kommt dann dass wir hier in unseren Medien über Supercomputer reden.
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Hardware wird immer schneller Prozessoren immer leistungsfähiger es gibt immer mehr Kerne es gibt immer mehr Speicher. Rechenzeit wird immer billiger Bits und Bits fliegen immer schneller durch die Glasfasern.
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Allerdings ist das ganze doch ein bisschen anders als es hier in den Medien dargestellt wird. Quanten Computer sind mit herkömmlichen Rechnern überhaupt nicht zu vergleichen und funktionieren auch völlig anders.
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Quanten Computer verfügen nicht über einen Silikonship und arbeiten auch nicht mit Bits und Bites sondern sie arbeiten mit Lichtteilchen so genannten Photonen. Und diese Photonen haben die Eigenschaft eines so genannten Spin.
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Sehr frei übersetzt Eigenrotation, Eigentrehung. Einfach ausgedrückt sie können sich im Uhrzeigersinn um sich selbst drehen oder halt entgegengesetzt des Uhrzeigersinn.
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Und dieser Effekt wird bei Quanten Computern ausgenutzt unter anderem. Indem man diese Eigentrehung umgibt also sprich von rechts drehend auf links drehend oder von links drehend auf rechts drehend.
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Und dieser Vorgang ist deutlich langsamer als heute ein Prozessor 0 oder 1 rechnet. Der Vorteil beim Quanten Computer ist der, dass nicht der einzelne Prozess schneller ist,
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sondern dass sich eine immense Anzahl von Prozessen zeitgleich parallel laufen lassen kann. Das heißt bei einem herkömmlichen 64-Bit Computer zum Beispiel kann ich auf jedem Bit einen der 2 hoch 64 Zustände darstellen.
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Bei einem Quanten Computer mit 64-Bit kann ich auf einem Quanten Bit alle 2 hoch 64 Zustände parallel darstellen. Und das bietet im Güsselbrechen natürlich eine immense Leistung,
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weil ich Brute Force fahren kann mit einer Geschwindigkeit, die heute noch unvorstellbar ist. Ja, wie arbeitet so ein Quanten Computer? Man kann es sich ungefähr so vorstellen, man hat einen ziemlich großen Kühlkörper.
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In diesem Kühlkörper ist ein Gas, meistens irgendein Chlorgas mit magnetisierten Ionen. Und dadurch werden halt diese Quanten Bits über dieses Medium ausgetauscht.
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Tatsächlich ist es sehr, sehr viel komplizierter. Ohne es zu beschreiben würde den zeitlichen Rahmen dieses Vortrags erheblich sprengen. So, dann kommen wir mal zu zwei Begrifflichkeiten, die in der Kryptographie eine sehr, sehr große Rolle spielen.
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Und zwar der Zufall und der Pseudo-Zufall. Definiert ist das Ganze so, Zufall ist ein unvorhergesehenes Ereignis, das Eintritt. Das heißt, wir können es nicht vorausahnen, weil es keine erkennbaren Gesetzmäßigkeiten gibt.
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Maschinen hingegen, Rechner, kennen keinen echten Zufall. Das heißt, sie arbeiten mit sogenannten Pseudo-Zufall. Und Pseudo-Zufall ist, was durch effiziente Algorithmen nicht vorausgesagt werden kann. Das heißt, es ist immer noch berechenbar, man kann sie effizient erzeugen, aber nicht effizient vorhersagen.
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Schauen wir uns das mal näher an. Echter oder Pseudo-Zufall?
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Was glaubt ihr? Kann sich ja jeder mal für sich selbst beantworten. Das klassische Werfen der Münze ist das Echter oder Pseudo-Zufall? Roulette, Lotto, 6 aus 49, ganz klassisch Würfel oder der Zerfall, der radioaktive Zerfall eines Elements.
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Was ist was?
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Ja, ob ihr Recht habt oder nicht, das sagt euch jetzt nicht das Licht, sondern die nächste Folie. Berechenbarkeit von Zufällen. Beim Münzwurf könnte man annehmen, Chance 50 zu 50.
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Wahrscheinlichkeit liegt aber bei 51%, dass die Münze auf der Seite landet, die vor dem Wurf oben lag. Roulette, habt ihr euch wahrscheinlich schon gedacht, sicherlich nicht fair, sonst wäre es nicht als Glücksspiel zugelassen.
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Hier eine Wahrscheinlichkeit von 18 zu 37 für den Spieler und 19 zu 37 für die Spielbank, bei Rot oder Schwarz. Schuld daran, dass es nicht 50 zu 50 ist, ist das grüne Feld, nämlich die Null.
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Ein Roulette-Kessel hat keine 36, sondern 37 Felder. Es ist berechenbar, zum Beispiel durch Kessel-Schauen, sollte man im Casino besser nicht versuchen, oder auch, indem ein geschulter Coupier immer gleich einwirft.
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Dann haben wir Lotto, Beispiel hier 6 aus 49, das haben wir in der Schule schon vorgerechnet bekommen von unseren Mathematiklehrern, dass die Wahrscheinlichkeit minimal ist. Es besteht auch keine Methode, die Gewinnchance zu erhöhen, also System Lotto und ähnliches.
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Aber es ist kein echter Zufall, mit genügend Informationen ist es vorhersehbar. Praktisch sehr schwer, das gebe ich zu, stark vom Verhalten der anderen Mitspieler abhängig, aber es ist möglich, Lotto ist ein so genanntes strategisches Glücksspiel.
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Dann haben wir Würfeln. Bei so genannten fairem Würfeln ist die Wahrscheinlichkeit 1 zu 6. Würfeln ist nur deswegen Zufall, weil die Startbedingungen bei jedem Würfeln anders sind.
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Fallhöhe, die Schwindigkeit mit der ich die Hand öffne, Stärke mit der ich würfle, Luftdruck, Wind, was weiß ich. Wären die immer gleich, könnten wir es voraussahen, hätten wir also keinen echten Zufall.
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Ja, bleibt nur noch übrig der radioaktive Zerfall. Der ist prinzipiell unvorhersehbar und unvorhersagbar. Auch dann, wenn man alle Informationen kennt, anders ausgedrückt.
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Niemand kann sagen, wann es zerfällt, nur die Wahrscheinlichkeit, mit der es zerfällt. Das einzige, was sich sicherlich bestimmen lässt, ist die sogenannte Halbwehrzeit, also der Zeitraum, in der die Hälfte des radioaktiven Materials zerfallen ist. Alles andere lässt sich nicht voraussagen.
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Ja, und nun schalten Sie bitte Ihren Verstand ab. Das ist keineswegs als Scherz gemeint, sondern durchaus als Empfehlung. Denn unser Verstand, der wird uns jetzt eher behindern, als dass er uns hierbei weiterhilft.
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Einfach dadurch, er wird sich konsequent weigern, das was ich jetzt erzähle zu akzeptieren. Wie kam es eigentlich zu dieser Quantenmechanik, zu dieser Quantenphysik? Max Planck, 1900, kam auf die These, dass Energie nicht unendlich zerteilt werden kann.
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Und schon Isaac Newton hat vermutet, dass Licht Wellen sind, aber es könnte auch Materie sein.
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Und 1900 hat Max Planck versucht zu erklären und zu erforschen, wie ein glühender Körper, er hatte hier eine Glühlampe mit Glühwedel, wie der Energie abgibt, wie er dieses Spektrum abgibt. Und er kam darauf, dass er diese Energie nicht in beliebigen Mengen abgeben kann,
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sondern nur in bestimmten Energiepaketen, den sogenannten Quanten. Und hat das Ganze dann als so genanntes Plancksches Strahlungsgesetz festgeschrieben. Weiterhin hat er gesagt, jeder Körper mit der Temperatur größer als der absolute Nullpunkt sendet solche elektromagnetische Strahlung aus.
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Und die steht in Relation zur Temperatur des Körpers. Darüber haben sich Physiker sehr, sehr lange gestritten, sich das zu erklären. Und einer der berühmtesten der Neuzeit, Richard Feynman,
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hat dann mal gesagt, ich glaube mit Sicherheit sagen zu können, dass niemand die Quantenmechanik versteht. Ich weiß es nicht, aber seit ich mich damit befasse, würde ich sagen, stimme ich dem mehr und mehr zu. Es ist mit der klassischen Physik nicht mehr zu erklären.
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Die Quantentheorie stellt die komplette Welt auf den Kopf. Alles ist völlig anders als das, was wir bisher geglaubt haben. Zu kennen und zu wissen.
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Ja, dann kommen wir zu der Frage, die die Techies immer am meisten interessiert, wenn es um dieses Thema geht. Scotti, beam me up, wird das irgendwann mal möglich sein? Ich greife die Antwort mal vor. Ja, in der Theorie zumindest wird das möglich sein. Ist das auch möglich?
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In der Praxis hat sich leider noch niemand gefunden, der sich für dieses Experiment als Proband zur Verfügung stellt, weil wir müssten diesen Körper komplett vaporisieren und es kann nicht garantiert werden, dass wir ihn wieder zusammensetzen. Wahrscheinlich würde dieses Experiment mit dem Pod des Probanden enden.
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Ja, hier sieht man mal so eine Versuchsanordnung, wie so ein Ton hier durch die Polarisationsfilter rauscht. Natürlich mit viel, viel höherer Geschwindigkeit.
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Die Animation hier ist stark verlangsamt. Ja, dieses Phänomen, Doppelspaltexperiment. Ich habe vorhin gesagt, Lichtwelle könnte aber auch Materie sein.
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1860 hat ein amerikanischer Physiker ein Experiment gemacht, das sogenannte Doppelspaltexperiment. Das heißt, er hat Licht durch eine Blende mit zwei Schlitzen geschickt. Und man hätte jetzt eigentlich erwartet,
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dass auf dem Bildschirm dahinter, auf der Leinwand, dass man dort zwei helle Streifen erkennen müsse. Erkannt hat man aber ein sogenanntes Spektralmuster, ein ziemlich kompliziertes geometrisches Muster aus verschiedenen Streifen. Und damit war der Beweis erbracht, dass es Lichtwellen sind.
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Bevor das jetzt jemand nachmachen möchte, mit normalem Licht funktioniert es nicht. Ihr braucht dazu kohärentes, gerichtetes, also sprich Laserlicht. Und dann kam dieser Mensch auf die Idee,
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eine dieser beiden Spalten, dieser beiden Schlitze, in dieser Blende zu verschließen. Und dabei erhielt er ein ganz merkwürdiges Ergebnis. Dieses Spektrum, dieses Wellenspektrum war auf einmal nicht mehr zu sehen. Stattdessen ein Verteilungsmuster von Punkten,
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das so erinnert, als wenn jemand aus einer gewissen Entfernung mit einer Spredose auf eine Wand sprüht. Es gab Bereiche, da waren diese Punkte näher beisammen. Es gab Bereiche, da waren sie weiter auseinander. Aber sie waren völlig willkürlich verteilt.
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Und dieses Experiment hat man dann Anfang 2008, glaube ich, nochmals wiederholt und hat einzelne Photonen durch diese Doppelschlitzblende geschickt. Und dabei hat sich das bestätigt. Licht ist sowohl Welle als auch Materie.
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Schwer vorstellbar, aber eindeutig erwiesen. Hier wird dieses Doppelspalt-Experiment erläutert.
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Man kann sich das so vorstellen, wir haben hier eine Tennisballkanone. Wir haben da vorne eine Wand mit einem Schlitz.
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Und da feuern wir jetzt Tennisbälle durch. Diese Kanone steht nicht stabil. Dann werden diese Tennisbälle überall irgendwo einschlagen. Bei Wellen sieht das ein bisschen anders aus. Das Experiment kann jeder in einer Badewanne oder im Fischakquarium simulieren.
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Indem er eine solche Barriere da reinstellt und dann Wellen erzeugt. Er wird dann sehen, dass es hier eine entsprechende Entwicklung geht. Nämlich, dass ein Teil der Wellen durch die eine Blende geht, durch den einen Schlitz und die andere durch den anderen Schlitz.
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Das ist eine ganz merkwürdige Geschichte, die man hier gut sehen kann. Diese Überlagerung gibt es auch bei Lichtteilchen. Lichtteilchen sind ja auch Wellen, aber nicht nur.
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Wenn wir Materie durch eine Doppelspalte feuern, dann sehen wir ein Überlagerungsmuster, wie wir es hier bei den Wellen sehen. Obwohl wir uns nicht erklären können,
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dass ein Teil durch den einen Spalt fliegt und das andere durch den anderen Spalt. Genau dieser Effekt wird bei der Quanten-Kryptographie benutzt. Ja, ich habe schon gesagt,
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Quanten-Kryptographie stellt alles auf den Kopf. Ich gebe mal ein paar Beispiele hier. Ein Objekt kann sich an mehreren Stellen zugleich befinden. Das widerspricht allem, was die klassische Physik lehrt. Zwei Objekte, zwei Körper zur gleichen Zeit am gleichen Ort.
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Unmöglich, funktioniert nicht, kann nicht sein. Doch, kann sein. Das berühmte Schwödinger-Experiment eine Katze kann tot sein und gleichzeitig quick-lebendig. Auch das widerspricht jeder Erfahrung.
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Entweder bin ich tot oder ich bin quick-lebendig. Der sogenannte Quanten-Seno-Effekt besagt, dass man sich ein System vom Erreichen eines neuen Zustands abhalten lässt, indem man nur oft genug den alten Zustand mischt.
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Und erst durch das Messen wird der Zustand bestimmt oder verkürzt. Was heißt das jetzt? Nun, ich habe vorhin gesagt, Einstein hat sich mit seiner Meinung mehrfach geirrt. Denn die klassische Physik unterscheidet bei Messen zwischen zwei Begrifflichkeiten.
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Einmal der sogenannten Realität, das heißt ein Teilchen, der soll festgelegte Eigenschaften haben. Und die sind unabhängig davon, ob ein Forscher, ein Physiker dieses Teilchen ausmisst oder nicht.
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Die zweite Begrifflichkeit ist die sogenannte Lokalität. Das heißt, die Messung des Teilchens A beeinflusst nicht die gleichzeitige Messung oder die Eigenschaften des Teilchens B. Sofern diese beiden Teilchen räumlich getrennt sind, wobei es keine Rolle spielt, wie groß die Distanz zwischen diesen Teilchen ist. Denn die können theoretisch Lichtjahre voneinander entfernt sein.
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So, das glaubte Einstein. Die Quantenphysik sagt etwas völlig anderes. Die Quantenphysik sagt, Realität hat ein Teilchen erst dann eine bestimmte Eigenschaft,
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wenn es gemessen worden ist. Das heißt, die Eigenschaft wird erst bestimmt mit der Messung. Bis zum Zeitpunkt der Messung kann ein solches Teilchen sämtliche Eigenschaften haben.
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Das heißt, es kann positiv sein, es kann negativ sein, es kann 0 sein, es kann 1 sein, es kann schwarz sein, es kann weiß sein, ja, alles. Alles ist möglich. Alle diese Zustände kann dieses Teilchen haben. Man weiß es nicht, es lässt sich erst bestimmen durch messen.
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In der Lokalität sieht das so aus, dass die Messung des Teilchens A die Eigenschaften des Teilchens B festlegt.
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Das lässt sich nur sehr schwer erklären. Stellen wir uns mal vor, wir haben zwei Bildertkugeln, die miteinander kollidieren. Sie kollidieren miteinander und mit der gleichen Energie, Rückstoß, trennen sie sich auch wieder.
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Wenn die eine Kugel eine schwarze Kugel war oder eine Halbkugel oder ein halbes Feld, die andere voll, dann ändert sich dieser Zustand nicht und beide Kugeln agieren unabhängig voneinander.
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Wären diese Bildertkugeln jetzt Photonen und würden miteinander kollidieren, dann stehen sie vom Zeitpunkt der Kollision an permanent in Wechselwirkung. Und zwar absolut ohne zeitliche Verzögerung.
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Das heißt, sie agieren beide gleich, verhalten sich absolut identisch, auch wenn sie über unendliche Entfernung räumlich getrennt sind. Und zwar zeitgleich im Sinne mindestens 10.000 Mal schneller als Lichtgeschwindigkeit.
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Wenn ich sage, mindestens 10.000 hat das den Hintergrund, ein Schweizer Professor am Zahn hat das 2018 versucht zu messen und seine Messapparatur konnte keine größeren Geschwindigkeiten als diese 10.000 mehr als Lichtgeschwindigkeit.
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Das ging nicht mehr. Vermutlich funktioniert es noch viel schneller. Einstein beschrieb das mal als spukhafte Fernwirkung, weil er sich das nicht mehr erklären konnte. Das war für ihn Magie.
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Ja, dann kommen wir zu den berühmten Schrödingers Katzen. Nach der Idee von Erving Schrödinger kann ja ein mikroskopisches Teilchen gleichzeitig in zwei unterschiedlichen Zuständen vorliegen, so genannte Überlagerung.
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Und wenn sich so das mikroskopische Teilchen mit einem makroskopischen Teilchen verschränkt, dann kann es seine Überlagerung auch an dieses weitergeben. Jetzt habe ich mir überlegt, wie ließe ich denn das erklären?
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Stellen wir uns mal vor, ich sitze hier in meinem schönen Office in Stuttgart und habe einen großen dicken schwarzen Würfel. Und jemand hier bei euch im Zentralwerk, der sitzt auf dem Sofa und hat einen dicken weißen Würfel. Und wir beide würfeln, ohne es zu wissen, zeitgleich.
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Dann bestünde in der realen Welt die Möglichkeit, dass wir beide zufällig die gleiche Augenzahl würfeln. Oder wir würfeln eine unterschiedliche Augenzahl. Wir können beide eine gerade Augenzahl würfeln oder beide eine ungerade.
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Oder wir können der eine gerade, der andere eine ungerade Augenzahl würfeln. In der Quantenwelt, wenn diese beiden Würfel als Teilchen miteinander verschränkt wären,
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dann würden wir beide jedes Mal genau das gleiche Ergebnis würfeln. Jedes Mal. Und wenn der Kollege dann aus dem Zentralwerk diesen Würfel mitnimmt und fährt nach Tokio und würfelt dort in seinem Hotelzimmer und ich würfel hier weiterhin in meinem Büro,
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dann werden wir weiterhin die gleiche Augenzahl würfeln. Aber wenn er dann auf die Idee kommt, diesen Würfel an die ISS zu schicken und die nehmen das Ding mit drauf ins All und der würfelt da oben im Weltall schwerelos und ich würfel ja unten in meinem Büro, auch dann wird die Augenzahl bei jedem Wurf,
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bei beiden Würfeln, exakt die gleiche sein. Ja, ist die Schrödinger Katze nun tot oder lebendig? Manche schätzen ja, sie ist tot, weil sie seit dem Experiment in der Kiste sitzt
39:41
und kein Futter mehr bekam. Sie ist sowohl als auch. Sie sitzt in der Kiste. Wir wissen nicht, ist sie tot oder lebendig. Erst wenn wir die Kiste öffnen, also messen, können wir feststellen, ob sie lebt oder tot ist.
40:08
War sie tot und wir öffnen die Kiste, würde sie lebendig werden? Wäre sie lebendig und wir öffnen die Kiste, würde sie sterben? Wäre sie tot?
40:37
Nochmal zur Erinnerung, Quantenobjekte verändern ihren Zustand, wenn sie beobachtet, also gemessen werden.
40:49
In der Quantenkommunikation erschwert das die Kontrolle der Informationen, die mit den Photonen übermittelt wird.
41:06
Einfach gesagt, in unserer Welt lässt sich relativ meine Position im Raum feststellen. Es lässt sich auch sehr genau feststellen, ob ich mich im Raum bewege oder stillstehe.
41:24
Es lässt sich auch genau feststellen, mit welcher Geschwindigkeit ich mich bewege. Und zwar alles gleichzeitig und unabhängig voneinander. Das ist in der Quantenwelt anders.
41:43
In der Quantenwelt kann ich auch genau bestimmen, mit welcher Geschwindigkeit sich ein Photon bewegt. Aber je genauer ich die Geschwindigkeit dieses Photons messe, desto ungenauer kann ich feststellen, wo es sich im Raum bewegt und ob es sich bewegt.
42:06
Das gleiche gilt so für alle anderen Messwerte. Heißt, in der Quantenwelt ist alles unscharf. Es gibt kein Entweder-oder, sondern nur ein Sowohl-als-auch.
42:25
Tunneleffekt, jetzt wird es richtig brutal. Quantenteilchen, Photonen sind in der Lage, ja, quasi durch die Wand zu gehen. Wenn ich in der realen Welt einen Körper, nehme an einen Fußball, ja, über einen Hügel schießen will,
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dann muss ich mit einer gewissen Kraft, mit einer gewissen Energie dagegen treten, ja, damit dieser Ball genügend Bewegungsenergie hat, diese Barriere, den Hügel zu überwinden.
43:07
Diesen Barrierenwiderstand kennt die Quantenwelt nicht. Ein Teil der Photonen würde über den Hügel hinausgeriechen, schweben, fliegen,
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und ein Teil würde einfach hindurchgehen. Wie dieses Tunnel funktioniert, kann noch kein Mensch erklären. Verliert bei diesem Tunnelvorgang so ein Photon, so ein Elektron, Energie, entsteht Licht.
43:48
Und dadurch kann man es dann auch messen. Denn wenn es ja über das Zehner nicht hinausgeht, lässt es sich ja nicht sehen, lässt sich ja nicht feststellen.
44:02
Ja, was hat das jetzt mit Kryptographie zu tun? Nun, Kryptographie war bisher die Kunst des Geheimschreibens. Künftig wird es die Kunst des konsequenten Umquer- und Neudenkens sein. Bisher hat Kryptographieentwicklung so ausgesehen, ich habe mir irgendwas ausgedacht,
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was in eine Richtung einfach zu machen, aber in der anderen Richtung nur sehr schwer zu realisieren ist. Beispielsweise die Faktorisierung großer Primzahlen. Ja, große Primzahlen kann ich sehr einfach miteinander multiplizieren, aber es ist halt unheimlich schwierig, aus einer großen Primzahl die beiden Primfaktoren zu faktorisieren.
44:46
Stichwort RSA. Und bei der Entwicklung kryptographischer Verfahren von der Antike bis zur Neuzeit, haben sich so drei Verschlüsselungsphilosophien durchgesetzt.
45:01
Das erste von Herrn Kerkhoff, 1883, der sagte, die Sicherheit eines Systems darf niemals von der Geheimhaltung des Verfahrens, des Algorithmus, abhängig sein, sondern nur von der Geheimhaltung des Schlüssels. Weil der Gegner kennt das verwendete System und es muss ihm ohne Konsequenzen in die Hände fallen können.
45:24
Okay, er war Militär-Kryptograph, er wählte diese Sprache. 1949 schrieb dann Herr Shannon, amerikanischer Kryptologe, einen Aufsatz mit dem schönen Titel Perfect Secrecy und beschrieb, wie ein perfektes Verschlüsselungsverfahren aussehen müsse
45:48
und sagte, es muss sich auszeichnen durch zwei Merkmale. Konfusion und Diffusion. Konfusion, der funktionale Zusammenhang zwischen Klartext, Schiffrotext und Schlüssel,
46:03
sollte möglichst komplex sein. Also da sollten sich möglichst keine Abhängigkeiten erkennen lassen und auch keine Rückschlüsse ziehen lassen. Diffusion, jedes Schiffrotext-Zeichen sollte von möglichst vielen Klartext-Zeichen und dem gesamten Schlüssel abhängen.
46:24
Das waren seine beiden Anforderungen. Und dann gibt es noch die dritte Variante, die ist leider bis heute noch immer nicht ausgerottet. Das ist die Philosophie Security by obscurity, also sprich, wir halten das Verfahren geheim und dadurch ist es sicher.
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Diese Philosophie hat sich noch niemals bewahrheitet, das hat noch nie funktioniert. So, hier haben wir mal so eine Versuchsanordnung. Auch wieder im Labor, also sprich, die Photonenquelle, verschiedene Polarisationsfilter und Prismen, um diesen Laserstrahl entsprechend dann zu lenken.
47:02
Ja, da kommen wir jetzt mal langsam zur Quanten-Klyptographie. Wozu eigentlich der ganze Mumppitz? Ich habe vorhin mal gesagt, ja, die Software, die haben wir schon. Es fehlt noch an der richtigen Hardware. Peter Schor hat 1994 einen Algorithmus entwickelt, nach ihm benannt.
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Und dieser Algorithmus berechnet auf einem Quantencomputer einen nicht trivialen Teiler einer zusammengesetzten Zahl. RSA mit 1024 Bit-Schüssel wurde bereits 2010 geknackt.
47:42
Dieser Algorithmus nutzt diese beiden besonderen Phänomene der Quantentheorie, und zwar diese Superposition, also dass zwei Teilchen gleichzeitig am selben Ort sein können und natürlich diese Verschränkung, diese Wechselwirkung. Dieser Algorithmus funktioniert. Er ist unglaublich kompliziert.
48:03
Wir werden ihn gleich mal kurz sehen. Aber was halt noch fehlt, ist der richtige Quantenrechner. Und hier kommt dann immer wieder die Frage nach der NSA. Ja, die NSA hat sicherlich sehr, sehr gute Hardware. Die NSA hat auch sicherlich ein sehr, sehr großes Budget.
48:21
Aber die NSA ist ein Geheimdienst, kein Forschungsinstitut. Die NSA ist eine Behörde. Und wenn wir mal davon ausgehen, dass dieser IBM-Computer, der vor kurzem diese hochkomplexe Rechenaufgabe gelöst hat, ich glaube, der hatte so um die 170, wenn ich richtig weiß,
48:43
4.000 Quantenbits, und wir gehen mal davon aus, dass die NSA etwas wesentlich Besseres im Keller stehen hätte, von dem wir nichts wissen, dann relativiert sich das Ganze ganz schnell, wenn man weiß, dass um einen RSA-Schlüssel mit 3.072 bits brechen zu können,
49:02
man etwas mehr als 6.000 Quantenbits haben muss. Also, die müssten schon Quantencomputer der übernächsten Generation haben. Vorsichtig gesagt. Ich gehe davon aus, sie haben sie noch nicht.
49:21
Experten, mit denen ich mich unterhalten habe, schätzten die Entwicklung so bis zur Marktreife auf etwa 25 bis 35 Jahre. Ja, diese verschränkten Zustände, ich glaube, ich habe sie schon eindeutig beschrieben, brauchen wir noch mal durchzugehen.
49:42
Ja, dieser Schor-Algorithmus, wie gesagt, sehr, sehr kompliziert, deswegen habe ich auch dieses schöne Zitat von Einstein wiedergebracht, seit die Mathematiker über die Relativitätstheorie hergefallen sind, verstehe ich sie selbst nicht mehr, ich kann diesen Algorithmus auch nicht im Detail erklären, bitte ich zu entschuldigen.
50:05
Er arbeitet mit einer sogenannten Quanten-Fourier-Transformation, das heißt, er hat also einen klassischen Teil, einen arithmetischen Teil und einen Quantenteil zur Lösung des Crest-Problems. Wer sich mit den mathematischen Grundlagen näher befassen will,
50:20
dem empfehle ich einen Vortrag von Roland Göll, ich glaube von der GPN 19, der als Mathematiker hier den Hintergrund der mathematischen Grundlagen beschreibt, das ist ein Vortrag für sich. So, hier nochmal diese Fourier-Transformation mathematisch beschrieben, wie gesagt eine sehr komplexe Sache.
50:43
Ja, dann kommen wir jetzt eigentlich mal zu dem Thema Quanten-Kryptographie, was ist das überhaupt? Quanten-Kryptographie besagt nicht, dass wir neue Verschlüsselungsverfahren hätten. Die brauchen wir auch gar nicht, die, die wir haben, sind in Ordnung. Das Problem ist einfach wieder, wie tauschen wir über unsichere Kanäle
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einen asynchronen Schlüssel, in dem Fall einen Sitzungsschlüssel, einen Session Key aus, ohne dass der abgehört werden kann, beziehungsweise genau gesagt, ohne dass der unbemerkt abgehört werden kann.
51:25
Denn abgehört werden kann er, er kann auch gebrochen werden, aber zum ersten Mal haben wir hier ein Verfahren mit der Quantenmechanik, dass wir einen Mann in den Mittelangriff oder einen Seitenkanalangriff,
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also jede Manipulation am Schlüssel sofort erkennen könnten. Das Ganze funktioniert so, stellen wir uns wieder vor, wir haben auf der einen Seite eine Tennisballkanone, da liegen eine gewisse Anzahl von Tennisbällen drin,
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markiert mit den Werten 0 und 1. Diese Tennisballkanone hat einen Kanonenrohr, das flexibel ist, das heißt, es schießt in alle Richtungen, nach oben, nach unten, nach rechts, nach links, rechts diagonal, links diagonal. Und vor diesem Kanonenrohr dreht sich ein, ja, nennen wir es mal,
52:21
ein großes Glücksrad und in diesem Glücksrad sind eingelassen verschiedene Schlitze, horizontal, vertikal, oben, unten, rechts verschränkt, diagonal, links verschränkt. Alice schickt jetzt ihre Tennisbälle mit dieser Kanone
52:46
durch ihr Glücksrad, durch ihren Polarisationsfilter. Auf der anderen Seite sitzt Bob, der hat auch so einen Polarisationsfilter und dahinter hat er halt entsprechend eine Wand, die ist klebrig
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und da werden die Tennisbälle, die durch seinen Glücksrad, durch seinen Polarisationsfilter durchgehen, die werden dort kleben bleiben. Wenn jetzt diese beiden Glücksräder die gleiche Position haben, dann wird der Tennisball von Alice bei Bob durch diesen Polarisationsfilter
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durchgehen und hinten an die Wand knallen und dort kleben bleiben. Und er kann dann schauen, hat dieser Tennisball null oder eins. Sind die Polarisationsfilter in unterschiedlichen Positionen, wird das nicht funktionieren, das heißt, der geht zwar bei Alice raus,
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wird aber bei Bob gegen diese Scheibe knallen, dann wird Alice mit Bob abprallen und irgendwo verschwinden, kommt also nicht an. Und wenn alle Tennisbälle verschossen worden sind, dann wird Alice mit Bob abgleichen über einen sicheren Kanal.
54:00
Was hat sie geschickt, was hat Bob gemessen? Also was kam von den Tennis, wie viele kamen an, mit welchem Wert, das Ganze wird miteinander verglichen. Da ein Angreifer, Yves, aber die Polarisation, von Alice, Polarisationsfilter, Glücksrad, nicht kennt,
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kann sie es auch nicht wissen. Das heißt, sie könnte zwar diesen Tennisball unterwegs abfangen und den Wert auslösen, dann hat sie einen Bit, müsste ihn dann weiter schicken zu Bob.
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Aber nachher beim Vergleich würde man merken, dass hier eine Manipulation, ein Abfangen stattgefunden hat. Ganz hier nochmal so schematisch dargestellt, wir haben diese Polarisationsfilter, vertikal, horizontal, rechts und links verschränkt.
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Und es wird dann einfach geschaut, inwieweit besteht zwischen dem, was Alice geschickt hat und Bob gemessen hat, über Einstimmung. Bei einer Fehlerquote von mehr als 25% geht man davon aus, dass irgendwas in der Verbindung nicht in Ordnung war, Leitungsstörungen oder auch Abhörversuch.
55:22
Und dann wird das ganze Spiel nochmal wiederholt. So lange, bis man halt einen entsprechenden Sitzungsstüssel dann ausgetauscht hat. Mit diesem Sitzungsstüssel wird dann eine verschlüsselte Verbindung, TLS, aufgebaut. Und dann kann man über diese verschlüsselte Verbindung einen symmetrischen Schlüssel, beispielsweise ARD S3, austauschen
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und symmetrisch miteinander verschlüsseln. Hier haben wir solche Polarisationsfilter nochmal beschrieben. Die kann man sich etwa vorstellen, wie früher die Filter, die blenden, vor einer Kamera. Ja, hier haben wir so eine kurze grafische Darstellung,
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wie das Ganze also funktioniert. Alice schickt 0011101 mit der und der Basis, mit dieser Polarisation. Und Bob hat entsprechend das gemessen. Und jetzt wird das Ganze miteinander verglichen. Und dann ist 0110 wäre halt in dem Fall der finale Schlüssel.
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Und mit diesem finalen Schlüssel, wie gesagt, wird dann als Session Key eine verschlüsselte Verbindung aufgebaut. Und der eigentliche Schlüssel, ein beispielsweise 512-Bit-ECC-Schlüssel oder auch ein RSA-Schlüssel ausgetauscht.
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Ein weiterer Effekt ist, dass sich bei der Quanteninformation das Signal nicht so einfach wie ein elektrisches Signal verstärken lässt. Das hat den Nachteil, dass sich ein solches Signal
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nicht so gut über weite Strecken übertragen lässt, wie es ein Elektron möglich macht. Allerdings hat es den Vorteil, wie wir eben gesehen haben, es ist physikalisch unmöglich, die Übertragung unbemerkt abzuhören.
57:22
Jeder unerwünschte Zuhörer verändert, indem er ja messen muss, um den Zustand, den Wert zu finden. Verändert ja das Quantenobjekt. Und deshalb ist es einfach unmöglich, perfekte Kopien eines unbekannten Quantenobjekts zu erstellen. Wenn ein Quantenobjekt kopiert wird,
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dann lässt sich Kopie und Original eindeutig unterscheiden. Und was wir auch gelernt haben, bei Quanten- und Quantenmessungen herrscht echter Zufall. Es gibt keine Möglichkeit einer Vorhersage. Ja, tatsächlich sieht das Ganze dann so aus, man hat nicht nur eine Photonenkanone, sondern man hat vier.
58:06
Und die werden über einen Zufallsgenerator entsprechend angesteuert. Und dann geht der Lichtstrahl einmal durch den einen Polarisationsfilter und einmal durch den anderen Polarisationsfilter. Die Wahrscheinlichkeit, dass somit ein Spion entdeckt wird,
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liegt also bei 50 Prozent. Bei 50 Prozent ist die Wahrscheinlichkeit, dass EVE eine falsche Messbasis annimmt, also eine falsche Polarisation voraussetzt.
58:40
Ja, das brauchen wir uns jetzt nicht mehr anzugucken. Das habe ich gerade eben erklärt. Leider funktioniert das mit dem Ton nicht. Kommen wir mal zu den noch zu lösenden Problemen. Das Ganze läuft natürlich, wie man sich vorstellen kann, mit einem Glasfaserkabel.
59:01
Und in Glasfaserkabeln haben wir natürlich das Problem der Dämpfung. Das ist bekannt. Eine weitere Alternative wäre die Übertragung durch die Luft. Hier stellt die Atmosphäre selbst das Hindernis dar. Man hat hier anfänglich bei der Universität Wien Versuche gemacht
59:24
über ein paar hundert Meter. Das hat noch halbwegs funktioniert. Dann gab es einen Versuch auf den kanarischen Inseln, wo man, glaube ich, von Lanzarote nach Fuerteventura über eine Entfernung von etwa 150 Kilometer
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ein solches Signal geschickt hat. Aber die Lösung dürfte wohl im Weltraum liegen, sprich die Übertragung mit Satelliten, zum Beispiel Mithius. Und hier tun sich natürlich ganz neue Probleme auf. Zum einen ist der Kontakt zu den Bodenstaaten.
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pro Umlauf nur ein paar hundert Sekunden. Zum anderen sind natürlich die Spiegel, die diesen Laserstrahl weiterleiten müssen, müssen sehr präzise gesteuert werden. Und das ist im All natürlich noch schwieriger als auf der Erde. Zum einen müssen die Apparaturen die
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Vibrationen beim Start der Rakete überleben. Und wenn sie das überlebt haben, dann müssen noch die immensen Temperaturunterschiede zwischen Tag- und Nachtseite ausgeglichen werden und diese natürlich mangels der Atmosphäre im All wesentlich extremer als hier auf der Erde.
01:00:44
Ja, wie geht es mit der Quantenkommunikation weiter? Das ist eine Frage, die würde ich sehr, sehr gerne beantworten können. Ich habe keine eindeutige Antwort. Auf keinen Fall sieht es so aus, dass wir jetzt all unsere Verschlüsselungsverfahren in den Mülleimer
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werfen müssen. Mit der elliptischen Kurvenkyptographie haben wir im Moment eine Lösung gefunden des Schlüsselproblems bei RSA. Elliptische Kurvenklüssel sind erheblich stärker als RSA-Schlüssel bei erheblich geringerer Länge. Das heißt, ein 160-Bit-Kurven-Schlüssel
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ist etwa so stark wie ein 3072-Bit-RSA-Schlüssel. Und damit haben wir hier erst mal eins der
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auf absehbare Zeit gelöst. Quantencomputer entsprechender Leistungsfähigkeit werden nicht heute oder morgen zur Verfügung stehen. Es wird bereits fleißig an Verfahren gearbeitet,
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an denen sich auch Quantencomputer die Zähne ausbeißen sollen. Hier gibt es verschiedene Ansätze. Eines der Erfolgversprechendsten sind sogenannte Gitter-basierte Verfahren, McAllies-Verfahren vor allen Dingen, weil es schon älter ist und sich ja bewährt hat. Es
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ist bekannt, es ist weitestgehend erforscht, aber es gibt hier verschiedene Ansätze. Wo die Entwicklung da in den nächsten Jahrzehnten hingehen wird, lässt sich im Moment noch sehen. Ich bin mir aber ziemlich sicher, dass auch gegen Quantencomputer eine entsprechende Lösung gefunden wird. Ja, da sind wir schon am Ende. Ich hoffe, ich habe euch nicht zu sehr
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beansprucht und schon gar nicht gelangweilt. Wer sich hier ein bisschen einlesen will, das sind so ein paar meiner Quellen. Das meiste findet sich allerdings leider nur in
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und zu vielen Dingen ist im Netz noch nichts zu finden. Auf jeden Fall bleibt es spannend und wer noch eine berufliche Herausforderung sucht, dem kann ich dieses Feld nur empfehlen. Es wird da im Moment sehr, sehr viel Geld reingesteckt. Ja, vielen herzlichen Dank
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für diesen schönen Vortrag. Dann gibt es Fragen aus dem Internet. Harold, gibt es Fragen aus dem Internet? Es gibt leider keine Fragen aus dem Internet. Also vielen herzlichen Dank für deinen zweiten Vortrag heute. Ja, bitte.