Die Überschneidung von Quantencomputing mit der Raumfahrtindustrie lässt zwei Technologien der nächsten Generation kollidieren. Mit Phänomenen wie Quantenverschränkung, Quantengeräten im Weltraum, wie z Satelliten, kann die nächste Stufe der Quantentechnologie ermöglichen: das Quanteninternet. Laut Quantencomputing-Unternehmen IonQist Chefwissenschaftler Chris Monroe: „Zwei Anwendungsfälle für Quantentechnologie im Weltraum sind (a) sichere Kommunikation, auch über mehrere Knoten, die durch die Gesetze der Quantenphysik gewährleistet ist, und (b) verteilte Sensoren, die bestimmte Größen mit sehr geringem Rauschen messen können. In jedem Fall würden die Kommunikationskanäle Quantencomputer an jedem Knoten als Repeater-Schaltung erfordern, wodurch die Notwendigkeit kleiner, leichter Quantencomputersysteme entfällt.“

Derzeit verwenden die in der Entwicklung befindlichen Quantensatelliten QKD (Quantum Key Distribution), was bedeutet, dass ein Satz von Schlüsseln zwischen Empfänger und Sender geteilt wird. Dies ermöglicht eine sicherere Verbindung. Zukünftige Satellitenprojekte hoffen, die Quantenverschränkung zu nutzen, um noch mehr zu schaffen Verbindung und schnellere Verbindung. Laut einem 2022 Forbes Artikel: „Die quantenverschränkte Verbindung ermöglicht die Teleportation von Informationen mit Lichtgeschwindigkeit, bedeutet aber auch, dass jeder Versuch, das Signal abzufangen, die Verbindung sofort unterbricht und Hacking unmöglich macht.“ Diese sichereren Verbindungen können viele verschiedene Branchen verändern. Ehemaliger NASA-Raketenwissenschaftler Olympia LePoint erklärte, dass „wir höchstwahrscheinlich Satelliten sehen werden, die auf Quantenkommunikation umgestellt werden, um Bankdaten, Krankenhausdaten und Verletzungen der nationalen Sicherheit zu verhindern“. Obwohl diese verflochtenen Verbindungen bahnbrechend sein können, sind sie schwierig aufrechtzuerhalten, da die Quantenverschränkung ziemlich zerbrechlich ist. Wie Sie in den folgenden Abschnitten sehen werden, arbeiten viele Länder daran, quantenverschränkte Verbindungen im Weltraum zu verwirklichen, indem sie einfach unterschiedliche Methoden verwenden.

Chinas Rennen ins All

China wurde der erste, der a schickte QKD Satellit ins Weltall. Der Satellit namens Micius wurde 2016 gestartet und konnte sich mit Bodenstationen verbinden, die über 1200 km voneinander entfernt waren. Im Juli 2022 startete China einen zweiten QKD-Satelliten, der etwa ein Sechstel von Micius wiegt. "Entsprechend Wissenschaft täglich, im August übermittelte das chinesische Weltraumlabor Tiangong 2 Quantenverschlüsselungsschlüssel an vier Bodenstationen, die in der Lage waren, Quantenschlüssel vom umlaufenden Satelliten Micius zu empfangen, der die Raumstation als Repeater verwendet“, so der Forbes Artikel angegeben. Da China daran arbeitet, im Quantenrennen voranzukommen, könnten diese beiden Satelliten dazu beitragen, ihnen einen möglichen Vorteil zu verschaffen.

Europas (Europäische Weltraumorganisation) Raumfahrtindustrie

Nicht von China übertroffen zu werden, die Europäische Weltraumorganisation (ESA) hat seine eigenen Pläne angekündigt, bis 2024 einen QKD-Satelliten zu starten Eagle-1, wird die ersten drei Jahre nach dem Start im Orbit verbringen, um Diagnosen für die Technologie durchzuführen. Der eigentliche Satellit wird von der italienischen Firma SITAEL bereitgestellt, während die in Deutschland ansässige Tesat Spacecom die QKD-Nutzlast bereitstellt. Betrieben wird der Satellit von SES SA, einem französisch-luxemburgischen Telekommunikationsunternehmen. „Europäische Sicherheit und Souveränität in einer zukünftigen Welt der Quantencomputer sind entscheidend für den Erfolg Europas und seiner Mitgliedsstaaten“, erklärte SES SA. Geschäftsführer Steve Collar. Er fügte hinzu, dass geplant sei, „die Quantenkommunikation voranzutreiben und das Eagle-1-System zu entwickeln, um in Zukunft sichere und souveräne europäische Netzwerke zu unterstützen“. Neben diesen drei Unternehmen werden 17 weitere an dem Plan der ESA beteiligt sein, einen QKD-Satelliten ins All zu bringen.

Die Raumfahrtindustrie der USA (NASA).

Während die USA an eigenen QKD-Satelliten arbeiten, hat die National Aeronautics and Space Administration (NASA) konzentriert sich auf die Erkennung von Verschränkung im Raum. Das Projekt heißt MEER (Space Entanglement Annealing Quantum Experiment) und es wird untersucht, ob zwei Photonen im Raum verschränkt werden können. Laut dem leitenden Ermittler von SEAQUE, Paul Kwait von der University of Illinois Urbana-Champaign: „Der Vorteil des Versuchs, die Verbindung vom Weltraum aus zu schließen, besteht darin, dass die Intensität des Lichts im Grunde genommen abnimmt und daher viel weniger durch den freien Raum verloren geht, als zu versuchen, ein Signal zu senden durch Faser.“ Die Forscher planen, die zu starten SEAQUE-System (nicht größer als eine Milchtüte) Ende dieses Jahres. Das System wird dann außen an der Internationalen Raumstation (ISS) angebracht. Dort können die Forscher auf Verschränkung testen.

„SEAQUE wird Verschränkung durch einen Prozess erzeugen, der als spontane parametrische Abwärtskonvertierung bezeichnet wird, bei der ein einzelnes Photon durch einen nichtlinearen Kristall geht und zwei Tochterphotonen erzeugt, die eine niedrigere Energie haben“, erklärte ein 2022 Popular Science Artikel. Für jedes eingegebene Photon sollte ein Paar verschränkter Tochterphotonen freigesetzt werden. Die Forscher werden einen Detektor verwenden, um die Anzahl der Photonen zu zählen, die von der verschränkten Quelle erzeugt werden. Die NASA plant auch, eine andere Technik zu testen, bei der SEAQUE den Sendern und Empfängern helfen kann.Selbstheilung” durch Weltraumstrahlung. Wenn diese beiden Experimente gut verlaufen, wäre SEAQUE nur das erste in vielen Phasen, das ein verschränktes Quanteninternet etabliert.

Unterstützung der Raumfahrtindustrie bei der Entwicklung eines Quanteninternets

Mit verschränkten Langstreckenverbindungen können Daten wie Teleskopbilder schneller aus dem Weltraum zur Erde gesendet werden. Dies ermöglicht vielen Unternehmen und Regierungen, an einer übergreifenden Struktur für diese Verbindungen oder einem Quanteninternet zu arbeiten. „Wir sind der Entstehung des Quanteninternets näher gekommen“, fügte LePoint hinzu. „Wir sehen dies in der bahnbrechenden Wissenschaft der NASA im Jahr 2020 darin, dass sie als erste Langstrecken-Teleportation entwickelt hat. Dann, im Jahr 2021, war ein Team von Hologramm-Ärzten 'holoportiert' in den Weltraum, um mit dieser Langstrecken-Teleportation Astronauten zu besuchen, die an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) leben. Die NASA legt den Grundstein für das Quanteninternet, das zur Quantenkommunikation für die Hologrammkommunikation und -technologie führen wird.“ Da die Raumfahrtindustrie daran arbeitet, den Weltraum quantenfreundlicher zu machen, wird der Rest der Quantenindustrie zweifellos den Fortschritten folgen und hoffen, die Technologie in Zukunft nutzen zu können.

Kenna Hughes-Castleberry ist Mitarbeiterin bei Inside Quantum Technology und Science Communicator bei JILA (eine Partnerschaft zwischen der University of Colorado Boulder und NIST). Ihre Beats beim Schreiben umfassen Deep Tech, Metaverse und Quantentechnologie.

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• Quelle: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/inside-quantum-technologys-inside-scoop-quantum-and-the-space-industry/