Am gestrigen Montag (23. Juni) ist der QUICK?-Nanosatellit mit einer Tr?gerrakete vom kalifornischen Vandenberg ins All gestartet. Mit dem Satelliten eines Forschungskonsortiums aus Deutschland, Italien und Singapur sollen Komponenten für den Aufbau eines Quantensatellitensystems im All getestet werden, um zukünftig eine schnelle und abh?rsichere Kommunikation auf Quantenbasis zu erm?glichen.

Nicht gr??er als ein Schuhkarton und dabei etwa vier Kilogramm schwer ist der QUICK?-Satellit. Seine Mission: Komponenten für die Quantenkommunikation zu testen, um Daten absolut abh?rsicher vom Absender zum Empf?nger 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 Quantenzust?nden, die die ?bertragung der Daten absolut sicher machen. Jeder Abh?rversuch ver?ndert den Zustand der Photonen und wird dadurch sofort erkannt.

Da sich die einzelnen Lichtteilchen weder kopieren noch verst?rken lassen, ist deren Reichweite in Glasfasern auf wenige 100 Kilometer begrenzt. Satellitengestützte Quantenkommunikation nutzt deshalb die besonderen Eigenschaften der Atmosph?re: In h?heren 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 k?nnen, sind mehrere hundert Satelliten notwendig, die wie ein Netz über die Erde gespannt sind. Die QUICK?-Mission soll aber zun?chst zeigen, ob die einzelnen Komponenten des Nanosatelliten auch den Bedingungen im All standhalten und erfolgreich miteinander interagieren. Neben Forschenden der Technischen Universit?t München wurde der QUICK?-Satellit ma?geblich zusammen mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Friedrich-Schiller-Universit?t Jena, des Ferdinand-Braun-Instituts, Leibniz-Institut für H?chstfrequenztechnik und der Technischen Universit?t Berlin entwickelt, zusammen mit internationalen Partnern am Institute for Photonics and Nanotechnologies in Italien sowie der National University of Singapore.

QUICK?-Nanosatellit nutzt Einzelphotonenquelle statt Laserstrahlen

?Wir testen bei dieser Mission erstmals Einzelphotonentechnologie für Kleinst-Satelliten“, sagt Tobias Vogl von der TU München, der das Projekt leitet und 2021 an der Uni Jena gestartet hat. ?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 ?bertragungsgeschwindigkeit 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 ?berprüfung der sogenannten Born’schen Wahrscheinlichkeitsinterpretation der Wellenfunktion in der Schwerelosigkeit. Diese 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 uneingeschr?nkt gilt, ist bislang noch nicht experimentell überprüft worden.

Hintergrund

• Bei der QUICK?-Mission handelt es sich um ein internationales Forschungsprojekt, an dem Forschende der Friedrich-Schiller-Universit?t Jena, der Humboldt-Universit?t zu Berlin, der Technischen Universit?t Berlin, dem Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für H?chstfrequenztechnik und des Institute for Photonics and Nanotechnologies in Italien sowie der National University of Singapore beteiligt sind.
• Dabei wurde die Quantenlichtquelle von den Teams an der TU München und der Uni Jena gebaut und mit einem optischen Chip des Institute for Photonics and Nanotechnologies in Italien integriert. Das Ferdinand-Braun-Instituts, Leibniz-Institut für H?chstfrequenztechnik hat ein Lasersystem gebaut, um die Quantenlichtquelle anzuregen, welches mit einer Elektronik der National University of Singapore gesteuert wird. Die TUB war verantwortlich für die Experimentsteuerung im All sowie die Schnittstellen zwischen der Nutzlast und dem Satelliten.
• Das Projekt wird gef?rdert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.