Quantenkryptographie mit dem BB84-Protokoll (Interaktives Tafelbild)
Typ:Tafelbilder
Das Superpositionsprinzip und der Messprozess der Quantenphysik werden in den anwendungsorientierten Kontext der Quantenkryptographie gestellt.
Zunächst werden klassische Techniken der Kryptographie vorgestellt, mit dem Ziel das One-Time-Pad-Verfahren einzuführen. Anschließend werden deren Schwachstellen diskutiert. Schließlich wird erarbeitet, wie eine sichere Datenübertragung unter Ausnutzung der Gesetzte der Quantenphysik möglich ist. Abschließend wird das BB84-Protokoll vorgestellt, das die erarbeiteten Gesetze und Prozesse nutzt, um Nachrichten sicher zu verschlüsseln.
Die Schüler kennen das Superpositionsprinzip in der Quantenphysik.
Die Schüler kennen den Einfluss der Messung auf den Zustand von Quantenobjekten, sie wissen, dass ein einzelnes Messergebnis stets eindeutig ist. Sie kennen zudem den statistischen Charakter der Messergebnisse und den Begriff der Präparation.
Vorbereitung: - es ist keine besondere Vorbereitung nötig -
weitere Bemerkungen:
Dass auch einzelne Photonen die Polarisation als Eigenschaft besitzen, sollte axiomatisch vorgegeben werden.
Das Tafelbild kann auch über mehrere getrennte Unterrichtsstunden hinweg verwendet werden. Inhaltlich ließe sich das Tafelbild in folgende Teile splitten: „Verfahren der klassischen Kryptographie“, „Sichere Datenübertragung mit Hilfe von Qubits“ und „Das BB84-Protokoll“.
Die University of St. Andrews führt unter dem Namen "The Quantum Mechanics Visualisation Project" eine Reihe von Simulationen, ebenso die Universität Erlangen (www.quantumlab.de). Die zusätzliche Verwendung einer solchen Simulation lässt sich durchaus empfehlen.
Die exakte Handhabe mit den einzelnen Funktionen ist dem Notizenbrowser zu entnehmen. Es empfiehlt sich, sich im Vorfeld der UR-Stunde eingehend mit den verwendeten Funktionen auseinander zu setzen.
Bitte beachten Sie, dass die Folien für Smart Notebook ein etwas anderes Bedienkonzept haben. Eine Erklärung befindet sich in der Download-Datei.
