Forschung

Quantenkommunikation im All

01.09.2021 - 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

 

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