Erster Quantensatellit erfolgreich gestartet

Erster Baustein für die Quantenkommunikation im Orbit: Am 16. August ist erstmals ein Satellit mit einer Quanten-Sendestation an Bord ins All gestartet. Mit ihm wollen Forscher die Übertragung von Quanteninformation aus dem Orbit auf die Erde testen. Der Satellit und seine Bodenstationen in China und Österreich bilden damit künftig das weltweit erste orbital-planetare Quantennetzwerk.

Der Start des chinesischen Forschungssatelliten „Micius“ vom Weltraumbahnhof Jiuquan könnte den Beginn einer neuen Ära der globalen Quantenkommunikation marakieren. Denn jetzt kann das austro-chinesische Experiment Quantum Experiments at Space Scale (QUESS) beginnen – der weltweit erste Versuch, Quanteninformation über rund 1.000 Kilometer hinweg vollkommen abhörsicher zu übertragen.

Wie weit hält die Verschränkung?

Das Experiment soll einerseits Klarheit schaffen, ob Photonen auch über Distanzen von mehr als 1.000 Kilometern weiterhin verschränkt bleiben können – das ist eine Voraussetzung für die Quantenkommunikation. Auf der Erde ließ sich dieses Phänomen bisher nur bis zur Rekord-Entfernung von 144 Kilometern nachweisen. Längere Distanzen sind wegen der Störungen in der Atmosphäre nicht durchführbar.

Der Schritt in den Weltraum könnte nun dieses Problem umgehen. Um das zu testen, wird die Sendeeinheit an Bord des Satelliten vom Orbit aus verschränkte Photonen zu Bodenstationen in China und Österreich schicken. Dort werden dann Messunge zeigen, ob die Verschränkung der Photonen erhalten geblieben ist. „Erste Ergebnisse könnte es sogar noch in diesem Jahr geben, hofft Thomas Scheidl vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) in Wien.

Die verschränkten Photonen werden vom Satelliten aus nach China und Österreich geschickt. © ÖAW

Photonen im Orbit

Dass die Erzeugung verschränkter Photonen unter Weltraumbedingungen überhaupt möglich ist, hat erst vor kurzem das Experiment einer anderen Forschergruppe zumindest nahelegt. Sie erzeugten an Bord eines Mini-Sateliten erstmals korrelierte Lichtteilchen.

„Der Transport von hochsensiblen Forschungsinstrumenten ins All ist ein komplexes und schwieriges Unterfangen“, sagt Anton Zeilinger von der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW). Er gehört zu den Leitern des QUESS-Projekts. „Umso größer ist die Erleichterung und Freude über den gelungenen Raketenstart. Damit ist ein erster Schritt zu einer weltweiten Quantenkommunikation gesetzt.“

Test für orbitale Quantenkryptografie

QUESS soll auch neue Erkenntnisse zur Quantenkryptografie und dem Austausch quantenkryptographischer Schlüssel über große Entfernungen hinweg liefern. Dazu werden zwischen der Sendestation und den Bodenstationen Quantenschlüssel mit Hilfe von Photonen erzeugt. Jeder Versuch des Abhörens während der Schlüsselerzeugung würde den Zustand der Photonen ändern und wäre damit aufgrund der Verschränkung sofort erkennbar.

Gelingt dieses orbitale Experiment, ist ein weiterer Schritt in Richtung Quanteninternet geglückt. Denn um dieses Ziel zu erreichen, bedarf es eines stabilen Netzes der Quantenkommunikation über großé Entfernungen hinweg. Und diese lassen sich – wenn überhaupt – nach bisherigem WIssen nur mit dem Umweg über den Orbit überbrücken.

(Universität Wien, 16.08.2016 – NPO)