Wissenschaftlern der Universität Paderborn und des Beijing Institute of Technology ist es gelungen, kryptografisches Secret-Sharing anhand holografischen Methode zu demonstrieren. Beim kryptografischen Secret-Sharing geht es darum ein Geheimnis auf verschiedene Personen aufzuteilen, ohne dabei Informationen über dieses Geheimnis an die beteiligten Personen (Shareholder) preiszugeben. In dem von den Wissenschaftlern entwickelten Konzept dienen winzige Nanostrukturen auf Oberflächen, die sogenannten Metaoberflächen, als Informationsträger, welche bei Beleuchtung mit einem Laserstrahl ein holographisches Bild erzeugen.
Die hergestellten holografischen Metaoberflächen sind dabei so konzipiert, dass die Beleuchtung jeder einzelnen Metaoberfläche ein einzigartiges holografisches Bild liefert, welches zur Identifikation des Shareholders verwendet werden kann. Ordnet man nun zwei oder mehrere dieser Metaoberflächen verschiedener Shareholder hintereinander an, so dass das Laserlicht alle Strukturen nacheinander durchläuft, entsteht ein neues geheimes holografisches Bild. Dieses geheime Bild kann jedoch nicht aus den einzelnen Metaoberflächen ausgelesen und rekonstruiert werden, so dass das Geheimnis nur durch das Zusammenbringen der einzelnen Oberflächen offenbart wird. Praktisch lassen sich diese Metaoberflächen zur Verwahrung des Geheimnisses auf unterschiedliche Personen verteilen.
Im Gegensatz zu klassischen Hologrammen, werden bei den hier verwendeten computer-generierten Hologrammen die Phasenbilder der Hologramme zunächst am Computer. Die Berechnung der Hologramme am Computer hat dabei den Vorteil, dass sich hierdurch sehr komplexe holographische Funktionalitäten realisieren lassen und sich so beliebige Informationen, z.B. als Bilder verstecken lassen. Um in dem vorliegenden Fall, die Entstehung aller holografischer Bilder bestmöglich zu realisieren, wurden die Phasenmasken aller Metaoberflächen simultan über eine Gradientenberechnung optimiert. In den hergestellten Metaoberflächen wurden diese lokalen Phasen dann über die Drehung der Nanostrukturen einkodiert, welche zu einer lokalen Verzögerung der Lichtwellenfront in den zirkularen Polarisationen und damit zur Entstehung des holografischen Bildes führt.
Neben dem Secret Sharing Konzept konnten die Wissenschaftler zudem zeigen, dass sich auch verschiedene holographische Bilder für unterschiedliche kaskadierte Anordnungen in die Metaoberflächen einkodieren lassen. Dieses translatorische Multiplexing bietet unter anderem die Möglichkeit ein optisches Lineal zu konstruieren, welches bei einer Verschiebung der zweier Metaoberflächen gegeneinander immer wieder andere Bilder generiert. Die dabei erreichbare Auflösung kann dabei weniger als verwendete Wellenlänge des Lichts betragen.
Die Arbeit wurde in Science Advances publiziert und kann unter diesem Link eingesehen werden.
