20.01.2025 - Allgemein, Luftfahrt

Laseroptischer Kanal zwischen Forschungsflugzeug und Bodenstation aufgebaut

Lichtteilchen sollen dabei helfen, die Kommunikation der Zukunft sicher zu machen. Mit den Lichtteilchen werden quantenkryptografische Schlüssel erzeugt. Jede Störung bei der Übertragung dieser Lichtteilchen fällt sofort auf. Es ist also nicht möglich, den Schlüssel unbemerkt abzuhören. Um die Quantenkryptografie weiter voranzubringen, beteiligt sich das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) am Projekt QuNET, in dem Systeme zur quantengesicherten Kommunikation aufgebaut werden.


Bild: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus dem DLR-Institut für Kommunikation und Navigation haben gemeinsam mit anderen Forschenden die Verbindung zwischen einem Forschungsflugzeug und einer Bodenstation mit Laserstrahlen, also mit gebündeltem Licht, getestet.

„Die Quantenkryptografie wird nicht nur für Regierungen und Behörden wichtig sein, sondern auch um Infrastruktur und Daten des täglichen Lebens zu schützen. Das DLR-Institut für Kommunikation und Navigation bringt seine Expertise zur optischen Nachrichtenübertragung über Satelliten in das Projekt ein“, erklärt Institutsleiter Dr. Florian David. Um lange Strecken zu überwinden, sollen Satelliten, Flugzeuge oder Stratosphären-Plattformen künftig Teil von Quantennetzen werden. Die DO 228 CFFU repräsentiert einen mobilen Knoten in einem solchen Quantennetz. „Das DLR-Forschungsflugzeug ermöglicht es uns, die speziellen Herausforderungen bei der Entwicklung eines mobilen Knotens zu untersuchen“, ergänzt Florian David.

Ziel für 2025: Lichtteilchen mit einer Ionenfalle koppeln

In der Flugkampagne haben die Forschenden im Oktober 2024 erfolgreich eine optische Verbindung – also eine Verbindung über Laserstrahlen – zwischen dem DLR-Forschungsflugzeug DO 228 CFFU und dem QuBUS des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) hergestellt. Der QuBUS ist eine mobile Station, die an einem beliebigen Ort stehen kann. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben das Flugzeug mit einer Sendeeinheit ausgestattet, die Laserstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen erzeugt. Der QuBUS empfängt die Signale und verarbeitet sie weiter. Die Experimente in Oberpfaffenhofen haben gezeigt, dass ein Kanal zur Übertragung der Lichtteilchen aufgebaut werden kann. Die Sendeeinheit am Flugzeug und die Empfangseinheit in der Bodenstation richteten sich dazu selbständig aus.

In diesem Jahr werden die Tests fortgesetzt. Ziel ist es dann, einen durch die Luft geschickten Quantenzustand – hier also die Lichtteilchen – mit einer Ionenfalle zu koppeln. Dafür sendet eine Signalquelle auf dem Flugzeug einzelne Lichtteilchen, die von der Bodenstation empfangen und in ein Glasfaserkabel geleitet werden. Die Glasfaser führt zu einer Ionenfalle, in der sich Ytterbium-Atome befinden, welche durch Interaktion mit den ankommenden Lichtteilchen angeregt werden. So soll gezeigt werden, dass sich die Zustände der „fliegenden“ Lichtteilchen in den „stationären“ Atomen darstellen lassen und somit Quantenspeicher an mobile Knoten angeschlossen werden können. Parallel zu den Ionenfallen-Experimenten sind Tests von verschiedenen quantenkryptografischen Systemen vorgesehen.

Quelle: https://www.dlr.de/de/aktuelles/nachrichten/2025/laseroptischer-kanal-zwischen-forschungsflugzeug-und-bodenstation-aufgebaut