Australische Forscher beweisen Machbarkeit des „unmöglichen“ Quanten-Uplinks

Die globale Jagd nach einem unhackbaren Quanten-Internet hat dank einer bahnbrechenden Modellierung von Forschern der University of Technology Sydney (UTS) einen signifikanten Sprung nach vorn gemacht. Erstmals konnten sie die Durchführbarkeit eines sogenannten „Quanten-Uplinks“ nachweisen – also der Übertragung fragiler Quantensignale direkt von der Erde zu einem Satelliten. Diese Entdeckung, deren Details in der Fachzeitschrift Physical Review Research veröffentlicht wurden, kehrt das etablierte Kommunikationsmodell fundamental um und bietet einen kostengünstigeren sowie skalierbareren Pfad zu einem sicheren globalen Netzwerk.

Über viele Jahre hinweg stützte sich die Quantenkommunikation im Weltraum, die Chinas berühmter Micius-Satellit demonstrierte, auf einen „Downlink“. Bei diesem Ansatz ist der Satellit im Orbit massiv, komplex und energieintensiv und erzeugt verschränkte Photonen, die er zur Erde sendet. Das UTS-Modell, das von den Professoren Simon Devitt und Alexander Solntsev geleitet wurde, dreht diesen Fluss um. Ihre innovative Lösung besteht darin, die gesamte komplexe und stromfressende Ausrüstung sicher auf der Erde zu belassen, wo reichlich Energie zur Verfügung steht, um die Quantensignale zu generieren.

Der Satellit selbst wird dadurch zu einem einfachen, kostengünstigen und leichten „Empfänger“, der lediglich darauf wartet, die Signale aufzufangen. Dies ist ein entscheidender Vorteil für die Praktikabilität. Professor Devitt erklärte, dass ihre Methode den Satelliten zu einer kompakten, unkomplizierten Einheit macht. „Das hält die Kosten und die Größe gering und macht den Ansatz wesentlich praktikabler“, so Devitt. Diese Neuerung beseitigt einen kritischen Engpass und ebnet den Weg für eine Zukunft, in der sichere Quantenverschränkung zu einem globalen Gut wird.

Die technische Herausforderung galt lange Zeit als unüberwindbar: Wie trifft man einen kleinen Satelliten, der mit 20.000 km/h in 500 km Höhe über uns hinwegrast, präzise mit zwei getrennten Photonen, die von verschiedenen Orten abgefeuert werden, sodass sie exakt gleichzeitig eintreffen und interferieren? „Überraschenderweise zeigte unsere Modellierung, dass ein Uplink machbar ist“, stellte Professor Devitt fest. Das Team berücksichtigte dabei reale Hürden wie atmosphärische Verzerrungen, Hintergrundlicht von der Erde und sogar die Reflexion des Sonnenlichts durch den Mond.

Dieser Durchbruch ist nicht nur für die Kryptographie von Bedeutung, die oft nur wenige Photonen für einen sicheren Schlüssel benötigt. Die Uplink-Methode könnte die hohe Bandbreite liefern, die eines Tages notwendig sein wird, um Quantencomputer über Kontinente hinweg zu vernetzen. „Ein Quanten-Internet ist ein völlig anderes Kaliber“, erläuterte Devitt. Indem die Notwendigkeit komplexer Hardware im Orbit entfällt, wird die Technologie skalierbar und könnte so allgegenwärtig und unsichtbar werden, wie es heute die Elektrizität ist.