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Das "Quanten-Tempolimit" hängt mit der Energie eines Systems zusammen. Nur wenn ein System genügend Energie-Spielraum hat, kann es sich schnell verändern. Ist dieser Spielraum klein, bleibt das System langsam.
Ein Team um Markus P. Müller vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) zeigt nun im Fachjournal "PRX Quantum", dass QSLs auch praktischen Nutzen haben können. "Wir erzeugen damit sicheren Zufall", erklärte Caroline Jones aus der Müller-Gruppe gegenüber der APA.
Zufallszahlen sind in der digitalen Welt unverzichtbar. Genutzt werden sie etwa zur sicheren Datenübertragung, für Verschlüsselung oder Online-Banking. Doch viele solcher Zufallszahlen aus den Computern sind in Wirklichkeit berechenbar - und damit angreifbar. Für kritische Anwendungen wird ein höheres Maß an Sicherheit benötigt: "Zertifiziert zufällige Zahlen, die nicht nur zufällig erscheinen, sondern nachweislich unvorhersehbar sind - selbst für Angreifer, die mehr über unsere Laborgeräte wissen als wir", so Jones.
Zunutze machen sich die Forscherinnen und Forscher den auf Wahrscheinlichkeit beruhenden Charakter der Quantenphysik. Ursprünglich wurde diese Unbestimmtheit in der Quantentheorie skeptisch gesehen (Albert Einstein: "Der Alte würfelt nicht"), doch spätestens Werner Heisenbergs Unschärferelation verankerte den probabilistischen Ansatz. Demnach können zwei komplementäre Eigenschaften eines Quantensystems nicht gleichzeitig exakt definierte Werte haben.
Das bekannteste Beispiel dafür sind Ort und Impuls eines Quantenobjekts - sie lassen sich nicht gleichzeitig beliebig genau bestimmen. Genauso verhalten sich auch Zeit und Energie eines Quantensystems. Genau hier setzen die IQOQI-Forschenden an, indem sie den Energie-Spielraum des Systems begrenzen. Das bedeutet, dass sich das System in kurzer Zeit nur langsam verändern darf und nicht genug Spielraum hat, um sein späteres Verhalten festzulegen.
Misst man nach kurzer Zeit die Energie, konnte sich das System nicht schnell genug anpassen, und man bekommt Messergebnisse, die niemand im Voraus berechnen kann - auch nicht mit viel zusätzlichem Wissen. "Das lässt sich durch ein klassisches Modell nicht erklären", so Jones, die Messergebnisse liefern zertifiziert zufällige Zahlen.
Service: Link zur Studie: https://doi.org/10.1103/bnrq-sp5w
