Chinesisches Team überträgt quantenverschlüsselte Bilder über eine Strecke von 12.900 Kilometern:
Ein Forscherteam aus China hat einen neuen Rekord in der Quantenkommunikation aufgestellt, indem es mithilfe eines leichten Mikrosatelliten einen geheimen Verschlüsselungscode über eine Strecke von rund 13.000 Kilometern von China nach Südafrika übertrug. Zur Datenübertragung wurden Laserlichtpulse in speziell präparierten Quantenzuständen genutzt, die von einem Dach in Peking zu einem anderen an der Universität Stellenbosch in Kapstadt geschickt wurden. Diese Lichtpulse dienten der Erstellung eines Quantenschlüssels, mit dem zwei Bilder verschlüsselt wurden. Dieser Rekord stellt einen bedeutenden Fortschritt dar, um in Zukunft sichere Kommunikation zwischen beliebigen Orten auf der Erde, auch über große Entfernungen hinweg, zu ermöglichen. Langfristig könnte dies die Grundlage für ein globales Quantennetzwerk schaffen.
Der Mikrosatellit Jinan‑1, der den Schlüsselaustausch ermöglichte, wurde im Juli 2022 in 500 km Höhe in den Orbit gebracht. Mit einer Nutzlast von etwa 23 kg ist er zehnmal leichter, 45-mal kostengünstiger und deutlich effizienter als sein Vorgänger, der 2016 gestartete Micius, so Prof. Dr. Jian-Wei Pan, Quantenphysiker an der Universität für Wissenschaft und Technologie in Hefei. Micius war der erste Satellit, der eine interkontinentale Quantenverbindung demonstrierte. Pan und sein Team haben es bei Jinan‑1 zudem geschafft, das Gewicht der Bodenstation von 13.000 kg auf nur 100 kg zu reduzieren, wodurch diese tragbar wurde. Die bidirektionale optische Kommunikation zwischen Satellit und Bodenstation ermöglicht eine effiziente Schlüsselerzeugung und sichere Echtzeitkommunikation. In einer einzigen Satellitenpassage können so bis zu 0,59 Millionen Bits an sicheren Schlüsseln übertragen werden. Der Mikrosatellit ist außerdem mit bestehenden Raumstationen und Kleinsatelliten kompatibel und schafft somit die Grundlage für ein satellitenbasiertes Netzwerk, das sowohl Quanten- als auch klassische Kommunikation umfasst.
Trotz der Fortschritte bei Gewicht, Kosten und Distanz bringt der Mikrosatellit auch eine technische Vereinfachung mit sich: Anders als sein Vorgänger Micius erzeugt Jinan‑1 keine verschränkten Photonen, sondern nutzt ein einfacheres Protokoll. Verschränkte Photonen ermöglichen eine sicherere Verschlüsselung, bei der der Schlüssel sogar vor dem Satelliten verborgen bleibt. Diese Verschränkung ist auch entscheidend, um Quantencomputer weltweit zu einem globalen Quantennetzwerk zu verbinden. Die Miniaturisierung der Technologie für die Verschränkung ist schwieriger, aber Pan ist überzeugt, dass die Entwicklung von Mikrosatelliten mit dieser Ausrüstung in Zukunft realisierbar sein wird. Für 2026 plant China den Einsatz von vier weiteren Quantenkommunikationssatelliten für kommerzielle Anwendungen sowie einem weiteren im geostationären Orbit. Hier geht es zur Publikation.
