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Quantenkryptografie-Analogieversuch
5.3.2.
Schlüsselverteilung – jetzt aber richtig
Die Methode mit einer Basis (also 0° oder 90°) reicht zwar, um Daten von Alice zu Bob zu
übertragen, nicht jedoch um die Abhörsicherheit zu gewährleisten. Dafür kommt eine
zweite Basis ins Spiel. Neben der Basis mit 0° und 90°, die wir aber jetzt als „+ Basis"
bezeichnen, kommt eine zweite Basis mit -45° und 45° dazu. Diese bezeichnen wir ab jetzt
als „x Basis".
Der Aufbau sieht dann aus wie in Abbildung 3. Das ist auch der Aufbau, wie er für die
Quantenkryptografie und für dieses Versuchspaket verwendet wird.
Alice
Polarisationsdreher
-45°, 0°, 45°, 90°
Einzelphotonquelle
Abbildung 3 Quantenkryptografie-Aufbau, mit den Basen + (= 0° und 90°)
Für die Schlüsselgenerierung muss sich Alice nun zweimal zufällig entscheiden:
Alice muss zufällig ihre Basis wählen, also + oder x
Alice muss zufällig das Bit wählen, also 0 oder 1
o
o
o
o
Bob entscheidet sich zwischen der + und der x Basis. Entsprechend benötigt er nur die
Einstellungen 0° und 45°.
Hat Bob die + Basis gewählt und Alice sendet in der + Basis, dann erhält er ein eindeutiges
Ergebnis; genauso, wenn beide die x Basis wählen. Was ist nun aber, wenn Bob eine
andere Basis wählt als Alice? Klassisch trifft dann z.B. 45° polarisiertes Licht auf den
Strahlteiler. Dieser wird folglich die Hälfte transmittieren und die Hälfte reflektieren. Ist
allerdings nur ein Photon im Aufbau, so kann nur einer der Detektoren ansprechen.
Welcher von beiden dies tut, ist dann dem Zufall überlassen. Passen also beide Basen
nicht zueinander, wird Bob trotzdem ein Signal an einem der beiden Detektoren messen.
Die Wahrscheinlichkeit, mit der das Photon an einem der beiden Detektoren detektiert
wird, ist dann jeweils 50%.
Rev B, May 16, 2017
und x (= -45° und 45°)
Die Wahl von 0 bedeutet in der + Basis die Einstellung 0°
Die Wahl von 1 bedeutet in der + Basis die Einstellung 90°
Die Wahl von 0 bedeutet in der x Basis die Einstellung -45°
Die Wahl von 1 bedeutet in der x Basis die Einstellung 45°
Kapitel 5: Grundlagen der Quantenkryptographie
Polarisationsdreher
0°, 45°
Bob
reflektiert
"1"
transmittiert
Polarisierender
"0"
Strahlteiler
Seite 13
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