Das Ziel von QuNET ist eine abhör- und manipulationssichere Kommunikation der Zukunft.
Die Forschungsinitiative QuNET (Quantum Network) wurde 2019 gegründet und ist auf sieben Jahre angelegt. Ihr Ziel ist es, unter Verwendung verschiedener Technologien die Grundlagen und eigene Kompetenzen für abhörsichere, quantenbasierte Kommunikationsnetzwerke in Deutschland und Europa zu schaffen und damit den Grundstein für die sichere Kommunikation der Zukunft zu legen. Auch soll sie wegweisend für ein zukünftiges „Quanteninternet“ sein. Denn die Übertragung von Quantenzuständen über Glasfaser oder Freistrahl kann auch dafür genutzt werden, Quantencomputer effizient miteinander zu verbinden. Dabei müssen die entstehenden Netzwerkkomponenten verschiedene Protokolle und Technologien unterstützen, um so auch für zukünftige Entwicklungen die notwendige Flexibilität vorzuhalten.
Das DLR arbeitet dabei an praxistauglichen Lösungen der satellitenbasierten Quantenkommunikation, um Schlüssel über große Distanzen sicher und effizient zu vereinbaren. In der Glasfaser ist dies nur über wenige 100 Kilometer möglich. Die Quantenverschlüsselung via Satellit hingegen ermöglicht beliebig größere Distanzen auf der Erde.
QuNET - Empfangs-Terminal
Das Empfangs-Terminal, das unter Forschern auch Bob-Terminal genannt wird, empfängt und misst die Quantenzustände. In der Freistrahlübertragung werden die Wellenfronten der Quantenzustände durch die turbulenten Luftschichten in der Atmosphäre verzerrt. Mit Hilfe modernster Technik, der sogenannten Adaptiven Optik, werden die Wellenfrontverzerrungen erkannt und in Echtzeit durch deformierbare Spiegel kompensiert.
Das Sende-Terminal, das unter Forschern auch Alice-Terminal genannt wird, sendet Licht im optischen Wellenlängenbereich für die Quantenkommunikation. Dieses weltraumtaugliche Terminal ist für den Einsatz auf Satelliten optimiert.
Satellitenbasierte Quantenkommunikation soll die sichere und effiziente Vereinbarung von Schlüsseln über große Distanzen hinweg ermöglichen. In der Glasfaser ist dies nur über wenige 100 Kilometer möglich. Die Quantenverschlüsselung via Satellit hingegen ermöglicht beliebig größere Distanzen auf der Erde.
Das DLR-Institut für Kommunikation und Navigation blickt auf eine über 20-jährige Forschung und bahnbrechende Ergebnisse im Bereich der optischen Datenübertragung im Freiraum zurück. Für QuNET bringen die Wissenschaftler ihre Expertise in der satellitenbasierten Quantenkommunikation ein und sind für den freistrahlbasierten Kommunikationskanal verantwortlich, in welchem die Quantenzustände zwischen Satelliten und Erde übertragen werden. Die Anforderungen an die Signalqualität und die Übertragungseffizienz gehören dabei zu den größten Herausforderungen. Das Satellitensystem wird mit verschiedenen quantentechnischen Quellen ausgestattet, um eine optimale Anbindung an ein heterogenes Quantennetzwerk zu gewährleisten. Dies beinhaltet beispielsweise Einzelphotonenquellen, Verschränkungsquellen oder anders aufgebaute Sendemodule zur Quantenschlüsselverteilung.
Bei der Übertragung der Quantenzustände ist eine möglichst hohe Signalqualität wichtig. Deswegen muss die satellitenseitige sende- und bodenseitige Empfangsoptik so gestaltet werden, dass die Quantenzustände möglichst ungestört übertragen werden und die Strahlausrichtung extrem präzise gestaltet werden kann. Die Forschungsarbeiten des DLR beinhalten auch eine ausführliche Kanalcharakterisierung, um dessen Einfluss auf die Zustandsübertragung quantifizieren zu können.
