Ziel ist es, mithilfe von Quantentechnologie eine schnelle und sichere Kommunikation zu ermöglichen. Der Satellit, entwickelt von einem Forschungskonsortium unter der Leitung von Professor Tobias Vogl von der TU München, wurde am Montag, dem 23. Juni, mit einer Trägerrakete vom Weltraumbahnhof Vandenberg in Kalifornien in die Umlaufbahn gebracht.
Die Mission soll bis Ende des Jahres erste Ergebnisse liefern. Der Satellit QUICK³ ist nicht größer als ein Schuhkarton und wiegt etwa 4 kg. Seine Mission: Quantenkommunikationskomponenten zu testen, die eine absolut sichere Datenübertragung vom Sender zum Empfänger ermöglichen.
Anders als bei herkömmlichen Kommunikationssystemen über Glasfaserkabel werden Informationen von Quantenkommunikationssatelliten nicht in Form von Lichtimpulsen aus vielen Photonen übertragen, sondern in Form präzise definierter, einzelner Photonen. Diese Photonen besitzen Quantenzustände, die die Übertragung absolut sicher machen. Jeder Abfangversuch verändert den Zustand der Photonen, was sofort detektiert wird. Einzelne Photonen lassen sich jedoch weder kopieren noch verstärken. Dies begrenzt ihre Reichweite über Glasfaserkabel auf wenige hundert Kilometer. Daher nutzt die Quantensatellitenkommunikation die besonderen Eigenschaften der Atmosphäre.
In den oberen Atmosphärenschichten ist die Lichtstreuung bzw. -absorption minimal. Dies schafft ideale Bedingungen für die sichere Datenübertragung über große Entfernungen. Damit Quantenkommunikation zum Alltag wird, ist ein globales Netzwerk von mehreren hundert Satelliten erforderlich. Zuvor soll die QUICK³-Mission jedoch demonstrieren, dass die einzelnen Komponenten des Nanosatelliten den Bedingungen im Weltraum standhalten und erfolgreich interagieren können. Der QUICK³-Nanosatellit wurde hauptsächlich von Wissenschaftlern der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU), des Ferdinand-Braun-Instituts, des Leibniz-Instituts für Hochfrequenztechnik (FBH) und der Technischen Universität Berlin (TUB) in Zusammenarbeit mit Forschern des Instituts für Photonik und Nanotechnologien (CNR-IFN) in Italien und der National University of Singapore (NUS) entwickelt und nutzt eine Einzelphotonenquelle anstelle von Laserstrahlen.
„Bei dieser Mission testen wir erstmals Einzelphotonentechnologie für Nanosatelliten“, sagt Tobias Vogl, Professor für Quantenkommunikationssystemtechnik an der TUM und Projektleiter. „Weltweit gibt es derzeit kein vergleichbares Projekt. Satelliten sind entweder deutlich schwerer und damit teurer oder arbeiten mit Lasern, was die Datenübertragungsgeschwindigkeit erheblich reduziert. Die Übertragungsgeschwindigkeit ist ein entscheidender Vorteil unseres Systems, doch Satelliten haben in jeder Umlaufbahn nur wenige Minuten Sichtkontakt zu Bodenstationen.“.
Das zweite Ziel der Mission ist die Überprüfung der Bornschen Wahrscheinlichkeitsinterpretation der Wellenfunktion unter Schwerelosigkeit. Diese Funktion beschreibt die Wahrscheinlichkeit, bei einer Messung an einem bestimmten Ort ein Quantenteilchen zu finden – ein zentrales Konzept der Quantenmechanik. Ob diese Regel auch universell gilt, selbst im Weltraum, wurde bisher experimentell nicht bestätigt.
Weitere Informationen: Die QUICK³-Mission ist ein internationales Forschungsprojekt. Die Quantenlichtquelle wurde von Teams der TUM und der FSU entwickelt und mit einem optischen Chip des CNR-IFN in Italien integriert. Das FBH entwickelte ein Lasersystem zur Anregung der Quantenlichtquelle, das von elektronischen Komponenten der NUS gesteuert wird. Die TUB war für die Steuerung der Experimente im Weltraum und die Schnittstellen zwischen Nutzlast und Satellit verantwortlich. Tobias Vogl wurde im Juli 2023 zum Professor für Quantenkommunikationssystemtechnik an der Fakultät für Informatik, Informationstechnologie der TUM ernannt. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.
