QUICK³-Mission für sichere Kommunikation der Zukunft
Quantensatellit startet ins All
Nicht größer als ein Schuhkarton und dabei etwa vier Kilogramm schwer ist der QUICK³-Satellit. Seine Mission: Komponenten für die Quantenkommunikation zu testen, um Daten absolut abhörsicher vom Absender zum Empfänger zu übertragen. Anders als bei der klassischen Kommunikation über Glasfaserkabel stecken die Informationen, die ein Quantenkommunikations-Satellit sendet, nicht in Lichtimpulsen aus vielen Photonen, sondern in einzelnen, exakt definierten Lichtteilchen. Diese befinden sich dabei in sogenannten Quantenzuständen, die die Übertragung der Daten absolut sicher machen. Jeder Abhörversuch verändert den Zustand der Photonen und wird dadurch sofort erkannt. Da sich die einzelnen Lichtteilchen weder kopieren noch verstärken lassen, ist deren Reichweite in Glasfasern auf wenige 100 Kilometer begrenzt. Satellitengestützte Quantenkommunikation nutzt deshalb die besonderen Eigenschaften der Atmosphäre: In höheren Luftschichten wird das Licht kaum noch gestreut oder absorbiert – ideale Bedingungen für eine sichere Datenübertragung über weite Distanzen.
Um Quantenkommunikation zukünftig im Alltag nutzen zu können, sind mehrere hundert Satelliten notwendig, die wie ein Netz über die Erde gespannt sind. Die QUICK³-Mission soll aber zunächst zeigen, ob die einzelnen Komponenten des Nanosatelliten auch den Bedingungen im All standhalten und erfolgreich miteinander interagieren. Neben Forschenden der Technischen Universität München (TUM) wurde der QUICK³-Satellit maßgeblich zusammen mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU), des Ferdinand-Braun-Instituts, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) und der Technische Universität Berlin (TUB) entwickelt, zusammen mit internationalen Partnern am Institute for Photonics and Nanotechnologies (CNR-IFN) in Italien sowie der National University of Singapore (NUS).
QUICK³-Nanosatellit nutzt Einzelphotonenquelle statt Laserstrahlen
„Wir testen bei dieser Mission erstmals Einzelphotonentechnologie für Kleinst-Satelliten.“, sagt Tobias Vogl, Professor für Quantum Communication System Engineering an der TUM und Leiter des Projekts. „Aktuell gibt es weltweit kein vergleichbares Projekt. Entweder sind die Satelliten deutlich schwerer und damit teurer oder die Satelliten arbeiten laserbasiert, wodurch die Datenrate erheblich sinkt. Die Übertragungsgeschwindigkeit ist ein wichtiger Vorteil unseres Systems, denn Satelliten haben pro Erdumrundung nur wenige Minuten Sichtkontakt zu den Bodenstationen.“
Das zweite Ziel der Mission ist die Überprüfung der Born’schen Wahrscheinlichkeitsinterpretation der Wellenfunktion in der Schwerelosigkeit. Sie beschreibt, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Quantenteilchen bei einer Messung an einem bestimmten Ort gefunden wird – ein zentrales Konzept der Quantenmechanik. Ob diese Regel auch unter Weltraumbedingungen uneingeschränkt gilt, ist bislang noch nicht experimentell überprüft worden.
- Bei der QUICK³-Mission handelt es sich um ein internationales Forschungsprojekt. Dabei wurde die Quantenlichtquelle von den Teams an der TUM and der FSU gebaut und mit einem optischen Chip vom CNR-IFN in Italien integriert. Das FBH hat ein Lasersystem gebaut, um die Quantenlichtquelle anzuregen, welches mit einer Elektronik der NUS gesteuert wird. Die TUB war verantwortlich für die Experimentsteuerung im All sowie die Schnittstellen zwischen der Nutzlast und dem Satelliten.
- Seit Juli 2023 ist Tobias Vogl Professor für Quantum Communication System Engineering an der TUM School of Computation, Information and Technology.
- Das Projekt wird gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.
Technische Universität München
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- Julia Rinner
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Kontakte zum Artikel:
Prof. Dr. Tobias Vogl
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Professor für Quantum Communication System Engineering
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