QKD über QUBE-Satelliten
Der QKD Kleinsatellit QUBE konnte vor Kurzem eine Verbindung der Quantenmodule zur Bodenstation aufbauen, um den Einsatz von abhörsicheren QKD-Schlüsseln nun auch satellitengestützt aus dem Weltall über große Entfernungen für eine weltweite Übertragung zu Forschungszwecken zu demonstrieren. QUBE ist ein gemeinsames Projekt des Zentrums für Telematik (ZfT) mit der FAU, dem Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts und der LMU unter Beteiligung der DLR und der OHG GmbH, welches vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördert wird.
Der 3U-CubeSat ist sehr kompakt, indem sowohl Satellit als auch die notwendige Lasertechnik in der Größe und im Gewicht zu 3,5 kg insgesamt reduziert werden konnten. Vergleichsweise wiegen fasergebundene QKD-Geräte über 10 kg. Zudem muss die Quantenhardware, die normalerweise sehr empfindlich und störungsanfällig gegenüber Umweltänderungen ist, nun Temperaturschwankugen, Vibrationen und Weltraumstrahlung trotzen. Auch die Reichweite von 480 km bis zur Bodenstation fällt höher aus als bei fasergebundenen Geräten mit höheren Verlusten, wo max. 150 km ohne Zwischenverstärkung möglich sind.
Die größte Herausforderung liegt aber im eigentlichen Schlüsselaustausch mit der Bodenstation. Der Laser im Satelliten muss auf Bahnhöhe für 10 Minuten bei einer Umlaufgeschwindigkeit von 27500 km/h den Empfänger mit nur 80 cm Durchmesser anfokussieren können. Dies wird mithilfe eines Lageregelungssystems im Satelliten mit höchster Genauigkeit erreicht.
QUBE ist erst der Anfang: im Sommer 2026 soll QUBE II gestartet werden. QUBE sollte nur die gezielte Verbindung mit einer Bodenstation demonstrieren. Für eine richtige QKD-Kommunikation ist die Apertur zu klein. Der 6U-CubeSat QUBE II ist nun viel größer und enthält verbesserte optische und Quanten- Komponenten auch für die notwendige QKD Nachverarbeitung.
In Zukunft dürfte es mehrere Tests mit Satelliten für quantensichere Kommunikation im Weltall zur Ergänzung der Bodeninfrastruktur geben: Colt, Nokia und Honeywell planen Tests für kommerzielle Lösungen (https://www.security-insider.de/quantenschutz-aus-dem-all-a-db4eab7e99c5b98cb65e1306815adec6/), während das Fraunhofer IOF einen 16U-Satelliten CubEniK entworfen hat (https://www.iof.fraunhofer.de/de/presse-medien/pressemitteilungen/2024/CubEnik.html).
weitere Informationen:
https://xqp.physik.uni-muenchen.de/research/quant_crypto/2024_qube_mission/index.html