Quantenphysik für sicheres Cloud Computing

Quantencomputer haben gegenüber klassischen Computern einen Vorteil: schnellere Rechnungen, die auf Quanteneffekten beruhen. Aufgrund ihrer Komplexität existieren sie bisher nur als Grundlagenexperimente. Daher ist es naheliegend, dass die Technik zukünftig zunächst nur in spezialisierten Rechenzentren zur Verfügung stehen wird – ähnlich wie bei Großrechnern. Via Cloud Computing könnten Nutzer dann von außerhalb Anfragen an einen Quantencomputer stellen und Quantenrechnungen durchführen.

Für dieses Szenario haben die Forscher nach eigenen Angaben die “absolute Sicherheit” der Daten in einem Experiment realisiert. Dabei führt ein Quantencomputer Rechnungen durch, kann aber selbst nicht herausfinden, welche es sind. “Der Quantenrechner kann beispielsweise nicht unterscheiden, ob er gerade einen Code entschlüsselt, oder einen Eintrag in einem Telefonbuch sucht”, erklärt Stefanie Barz vom Vienna Center for Quantum Science and Technology.

Dies könnte künftig so funktionieren: Ein Anwender präpariert Quantenbits (Qubits) – die kleinsten Einheiten des Quantencomputers – in einem nur ihm bekannten Zustand und sendet sie zum Quantencomputer. Dieser verschränkt die Qubits nach einem bestimmten Schema. Der Nutzer schickt dann verschiedene Messanweisungen an den Computer, durch die die Quantenrechnungen realisiert werden.

Diese Anweisungen sind an den Zustand der Qubits angepasst und ergeben nur einen Sinn, wenn auch der Zustand der Qubits bekannt ist. Da der Quantencomputer diesen jedoch nicht kennt, sind für ihn die Rechnungen eine unzusammenhängende Abfolge an Operationen. Daher kann er zu keinem Zeitpunkt Rückschlüsse ziehen, welche Rechnung er gerade durchführt – er rechnet “blind”. Am Ende der Rechnung werden Ergebnisse an den Nutzer zurückgesendet. “Der Nutzer kann als einziger die Ergebnisse interpretieren und nutzen, da nur er die Ausgangszustände der Qubits kennt”, so Barz.

Beim Experiment wurden einzelne Lichtteilchen (Photonen) als Qubits verwendet. Deren Polarisation, die Schwingungsebene des Lichts, ist die Grundlage für das photonische Qubit. Photonen sind dafür gut geeignet, weil sie ideale Informationsträger sind und über weite Distanzen gesendet werden können.