Quantenkommunikation im All
Quantenspeicher sollen massiv erhöhte Verschränkungsraten liefern.
Um das Quanteninternet zu ermöglichen, schlagen Forscher am Einstein Center Digital Future (ECDF), am DLR-Institut für Optische Sensorsysteme (DLR-OS), der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) und der University of Strathclyde (UoS) die Installation von Quantenspeicher- und Quantenrepeater-Stationen in einer erdnahen Umlaufbahn im Weltraum vor. Die Studie legt nahe, dass Quantenspeicher (QS) eingesetzt werden können, um die Nutzung hochsicherer Kommunikationstechnologie zu ermöglichen.
QS sind eine Schlüsseltechnologie zur Realisierung von Quantenrepeatern, mit denen Quantenverschränkung effizient über weite Entfernungen erzeugt werden kann. Die Forschungsarbeiten des Gemeinschaftsprojekts haben gezeigt, dass mit QS ausgestattete Satelliten Verschränkungsraten liefern, die um drei Größenordnungen höher liegen als die von glasfaserbasierten Quantenrepeatern oder Weltraumsystemen ohne QS. Beteiligt waren auch die Technische Universität Berlin, das Institut für Optische Sensorsysteme des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR-OS) und das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA.
„Mit unserer Arbeit zeigen wir, dass die von uns vorgeschlagene Methode viel leistungsfähiger ist als die bisher diskutierten Verfahren der direkten Signalübertragung über Satelliten, und wir identifizieren vielversprechende physikalische Systeme, mit denen sie umgesetzt werden kann. Quantenkommunikationsverbindungen werden die Grundlage des Quanteninternets bilden – dank Quantenrepeatern und weltraumgestützer Systeme ist die Technologie dann auch global einsetzbar“, erklärt Janik Wolters, ECDF-Professor für Physikalische Grundlagen der IT-Sicherheit am DLR-OS, die Forschungsergebnisse. Das ist ein entscheidender Vorteil gegenüber Glasfasern, die aufgrund der exponentiellen Signalverluste jenseits von einigen hundert Kilometern nicht realistisch einsetzbar sind. Diese Einschränkung wäre dank der neuen Technologie dann obsolet.
Konkret schlagen die Forscher den Einsatz von Satelliten vor, die in einer erdnahen Umlaufbahn mit Quantenspeichern ausgestattet sind. Der Quantenspeicher konzentriert sich auf die Verteilung und Synchronisierung der Datenübertragung, die ansonsten zufällig stattfinden würde. „Dadurch erlaubt unser System atmosphärische Verluste in der optischen Signalübertragung besser auszugleichen und so die geheimen Schlüsselraten zu verbessern. Dies gilt übrigens nicht nur für Quantenkommunikation über Satelliten, sondern ganz allgemein für QKD-Protokolle“, so Wolters.
ECDF / DE
