Weltraumbasierte Quantenkommunikation nimmt in Luxemburg Gestalt an

Das Einfangen einzelner Photonen, die von einem Satelliten in Hunderten von Kilometern Höhe abgestrahlt werden, ist keine Science-Fiction mehr. Auf einem kleinen Feld in Luxemburg leitet Mathieu Esteve, Manager der Ground Segment Division bei HITEC Luxembourg, das Projekt und das Ingenieurteam und macht es kommerziell zur Realität. Dieser bevorstehende Meilenstein wird die Machbarkeit der weltraumbasierten Quantenschlüsselverteilung (QKD) zur globalen Sicherung der Kommunikation demonstrieren. 

Von Glasfaser bis Satellit: Erweiterung von Quantennetzwerken 

In Luxemburg zeigen bahnbrechende Projekte wie das INT-UQKD (International Use Cases for Operational Quantum Key Distribution Applications and Services) ein starkes Engagement für den Aufbau quantensicherer Infrastruktur. Unter der Leitung von Starion Luxembourg umfasst das Konsortium POST Luxembourg, das interdisziplinäre Zentrum für Sicherheit, Zuverlässigkeit und Vertrauen der Universität Luxemburg (SnT) und HITEC Luxembourg. Obwohl das terrestrische Netz bereits Luxemburg und Belgien verbindet, beschränken physikalische Einschränkungen diese Glasfaserverbindungen auf etwa 100 bis 150 Kilometer, bevor das Quantensignal abschwächt. 

"Der Zweck der Weltraumverbindung ist es, das QKD-Netzwerk zu erweitern", bemerkte Herr Esteve und erklärte, dass terrestrische Zwischenknoten teuer in der Installation sind, eine Sicherheitsbedrohung darstellen und über große Entfernungen schwer aufrechtzuerhalten sind. Um Kontinente zu überbrücken, sind weltraumgestützte Verbindungen unerlässlich. Im Rahmen des INT-UQKD-Projekts werden Quantenschlüssel von einem Satelliten verteilt, der vom singapurischen Unternehmen SpeQtral betrieben wird. Die optische Bodenstation (OGS) von HITEC wird als kritischer Empfänger am Boden in Luxemburg fungieren, um die Verbindung zwischen Singapur und Belgien sicherzustellen."  

BELUCA 080: eine industrielle optische Bodenstation 

Um diesem Bedarf gerecht zu werden, arbeitete HITEC mit dem belgischen Optikspezialisten AMOS zusammen, um BELUCA 080 zu entwickeln, eine industrialisierte optische Bodenstation, die dazu entwickelt wurde, Photonen von Satelliten einzufangen. Dieses Produkt vereint die Expertise von HITEC im Bau vollständiger, ferngesteuerter Bodenstationen mit der Präzisionsoptik von AMOS. "Bisher haben Sie HF-Antennen, Teleskope für klassische Astronomie oder optische Kommunikation, aber keines reagierte auf die Nachfrage nach der QKD-Anwendung", erklärte Herr Esteve. 

Er wies außerdem darauf hin, dass standardisierte optische Systeme oft die empfindlichen Quanteneigenschaften der Photonen stören. Im Inneren des Satelliten werden verschränkte Photonen erzeugt – Paare von Photonen, deren Quantenzustände verknüpft sind – und BELUCA 080 muss sie abfangen, ohne deren Spin oder Polarisation zu verändern (ein Parameter, der als Polarisationsextinktionsverhältnis verfolgt wird). "Der Zweck des OGS ist es, die Teilchen einfangen zu können, ohne den Spin oder die Polarisation des Quantenschlüssels zu beeinflussen", sagte Herr Esteve. 

Finanzen und Verteidigung mit Quantenschlüsseln sichern

Laut dem Quantenmarkt-Applikationsbericht von Luxinnovation wurde der europäische Markt für Quantenkommunikation im Jahr 2024 mit etwa 314 Millionen Euro bewertet und soll bis 2030 etwa 1,5 Milliarden Euro erreichen, mit einer jährlichen Wachstumsrate von 31,3 %. Diese schnelle Beschleunigung wird durch den operativen Bedarf an ultrasicherer Datenübertragung in stark regulierten Sektoren angetrieben. Der Bericht hebt Banken, Finanzen und Versicherungen sowie Verteidigung und Regierung als Bereiche mit hoher Chance hervor. 

"Das Hauptinteresse kommt vom Finanzsektor und staatlichen Institutionen", stimmte Herr Esteve zu und wies darauf hin, dass diese Sektoren die sensibelsten Daten verarbeiten. Die operative Tragfähigkeit von QKD wurde bereits in großen Studien nachgewiesen. So hat HSBC QKD erfolgreich getestet, um ein Handelsszenario im Wert von 30 Millionen Euro zu sichern, das den Austausch von Euro gegen US-Dollar beinhaltet. Im Verteidigungssektor demonstrierte Altice Labs im Rahmen des DISCRETION-Projekts ein quantensicheres militärisches Netzwerk und bewies die Einsatzbereitschaft von QKD für Hochsicherheitsanwendungen in der Regierung. 

Die strategische Bedeutung dieser Technologie wird durch die drohende Bedrohung durch Quantencomputing unterstrichen, die weit verbreitete klassische Verschlüsselungsalgorithmen knacken könnte. "Der Zweck ist es, eine Antwort auf diese Bedrohung zu geben, indem die physikalischen Eigenschaften von Teilchen verwendet werden", erklärte Herr Esteve. Da die Quantenschlüsselverteilung vom Quantenzustand des Photons abhängt, ist jeder Abhörversuch sofort nachweisbar, da die Messung des Systems zwangsläufig seinen Zustand verändert. Alle abgefangenen Schlüssel können somit verworfen werden.  

Ein europäisches Netzwerk für resiliente Quantenverbindungen 

Der BELUCA 080 wurde von Anfang an als Industrieprodukt und nicht als einmaliges Demonstratormodell konzipiert. "Wir haben den BELUCA 080 als Produkt konzipiert, nicht als Einzelprojekt, und er wurde von Anfang an als industrielle und kosteneffiziente Lösung konzipiert", betonte Herr Esteve. Das Unternehmen nimmt außerdem am Trans-EuroOGS im Rahmen des EUROQCI-Programms mit Deutschland, Irland und Griechenland teil. Das Programm wird acht optische Bodenstationen einsetzen, um zu testen, wie ein verteiltes Netz lokale Wetterstörungen wie Wolkendecke, Regen und Wind ausgleichen kann. 

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Um mehr über die zugrunde liegende Technologie zu erfahren, lesen Sie unseren Bericht über Quantenkommunikation.