Was auf den ersten Blick fast nach Science-Fiction klingt, wird Realität: Einzelne Lichtteilchen, sogenannte Photonen, werden aus einem Forschungsflugzeug gezielt zur Erde gesendet, dort aufgefangen und weiterverarbeitet.

Abhörsichere Kommunikation

Geflogen wurde beim aktuellen Experiment QuNET mit einer Dornier 228, einem DLR-Forschungsflugzeug der Einrichtung Flugexperimente. Mit an Bord waren Systeme zur Quantenschlüsselverteilung, eine mobile Bodenstation und modernste Empfangstechnik.

Ziel des Projektes ist

Kommunikation so sicher zu machen, dass selbst Quantencomputer keine Chance haben, sie zu knacken.

Das Flugzeug fungierte dabei als fliegender Knotenpunkt in einem zukünftigen Quantennetz – einem Netzwerk, das nicht nur Daten verschlüsselt überträgt, sondern eines Tages auch Quantencomputer miteinander verbinden soll.

Quantenkommunikation aus der Luft eröffnet dabei völlig neue Reichweiten: Quantenverbindungen könnten künftig Distanzen überbrücken, die weit über die Möglichkeiten heutiger Glasfasernetze hinausgehen. Sogar Satelliten und Flugzeuge könnten zu zentralen Bausteinen solcher Netze werden.

Doch das ist alles andere als einfach. Ein einzelnes Photon so präzise aus einem Flugzeug zu senden, dass es am Boden erkannt wird, ist eine technische Meisterleistung.

Photonen sind äußerst empfindlich – ihr Zustand verändert sich schon durch minimale Störungen. Umso beeindruckender ist es, dass diese Teilchen vom Flugzeug aus so präzise ausstrahlten, dass sie auf der Erde eingefangen und ihre Quantenzustände tatsächlich ausgelesen werden konnten.

Die Weiterleitung der Photonen auf der Erde erfolgte an eine Ionenfalle im Labor, wo ihre Signale messbar wurden. Damit rückt die Anbindung von Quantencomputern und -speichern ein großes Stück näher.

Grundlage für ein zukünftiges Quantennetz

Für die Quantenschlüsselverteilung wurden verschiedene Systeme getestet, darunter auch besonders flexible Ansätze, die ohne festen Uhrenkanal auskommen. Diese Technik ist entscheidend um abhörsichere Schlüssel über große Distanzen auszutauschen – ein zentrales Element nicht nur bei Behörden oder kritischer Infrastruktur, sondern für uns alle im täglichen Leben.

Der Ablauf des Experiments

Beim Austausch von Quantenzuständen zwischen Satellit und Erde in einem Freistrahl-Kanal zählen Signalqualität und Übertragungseffizienz zu den größten Herausforderungen.

Die Optiken auf Sender- und Empfangsseite müssen so abgestimmt sein, dass die empfindlichen Zustände ungestört bleiben und der Strahl so präzise ausgerichtet werden kann.

Im Experiment wurden die vom Flugzeug ausgesandten Lichtteilchen an der Bodenstation in ein Glasfaserkabel geleitet, das direkt zu den Messgeräten führte. Dort – in der Ionenfalle – konnten die Quantenzustände der „fliegenden“ Teilchen tatsächlich nachgewiesen werden. Ein entscheidender Erfolg.

Das DLR-Projekt QuNET

QuNET startete im Herbst 2019, angelegt auf sieben Jahre. Hinter dem Projekt steht eine breite Forschungsallianz mit einem klaren Ziel: Deutschland soll eine führende Rolle in der Quantenkommunikation einnehmen. Die Arbeiten reichen von optischen Freiraumverbindungen bis zu hochpräzisen Empfangseinheiten auf mobilen Plattformen.

Mit vielfacher Erfahrung und innovativen Technologien wird daran geforscht, das heutige Internet nicht nur schneller, sondern auch zukunftssicher zu machen.

Die Vision ist klar:

Ein Quanteninternet, das Daten nicht nur transportiert, sondern sie auf dem Weg auch maximal schützt – selbst vor den Bedrohungen von morgen.

Introbild: Der Test des laseroptischen Sende- und Empfangssystems im Hangar nach dem Einbau in das DLR-Forschungsflugzeug.

©Introbild: DLR