Kryptographie: Flugzeug sendet Quantenschlüssel an Bodenstation

Schnelle Datenübertragung: Von einem Flugzeug aus haben deutsche Forscher quantenverschlüsselte Daten per Laser zu einer Bodenstation übertragen. Mit dem Experiment soll eine Satellitenübertragung von Quantendaten vorbereitet werden.

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DLR-Forschungsflugzeug: Zielgenauigkeit von unter 3 Metern
DLR-Forschungsflugzeug: Zielgenauigkeit von unter 3 Metern (Bild: DLR)

Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) in München haben erstmals einen Quantenschlüssel von einem sich schnell bewegenden Objekt aus übertragen. Per Laser wurde er von einem Flugzeug zu einer Bodenstation gesendet.

  • Die Lasereinrichtung unter dem Rumpf der Do 228-212... (Foto: DLR)
  • ... und die optische Bodenstation des DLR (Foto: DLR)
  • Das DLR-Flugzeug in der Luft mit Testlaser (Foto: DLR)
Die Lasereinrichtung unter dem Rumpf der Do 228-212... (Foto: DLR)
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In der Quantenkryptographie werden quantenmechanische Zustände von Lichtteilchen verwendet, um Daten zu verschlüsseln. Das Verfahren gilt als vollkommen sicher, da das Abhören einer so gesicherten Kommunikation das Verhalten der Photonen stört und daher nicht unbemerkt bleiben kann. Das Verschlüsselungsverfahren wird beispielsweise von Regierungen und Banken eingesetzt.

Satellitenübertragung

Die Datenübertragung erfolgt über Glasfaser oder durch die Luft. Das Problem ist, dass sie nur über relativ kurze Distanzen funktioniert. 100 bis 200 Kilometer sind möglich - bei größeren Distanzen ist die Fehlerrate zu hoch. Eine Lösung wäre eine Übertragung via Satellit.

Die nötige Distanz zwischen einem Satelliten in einer niedrigen Umlaufbahn und einer Bodenstation sei kein Problem, schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift Nature Photonics: LMU-Forscher schafften 2007 eine Schlüsselübertragung zwischen Teneriffa und La Palma über eine Entfernung von 144 Kilometern. Bisher seien Daten aber nur zwischen stationären Stellen ausgetauscht worden. Ihnen sei es aber gelungen, Daten bei einer Geschwindigkeit von 290 Kilometern pro Stunde aus einem Flugzeug zur Bodenstation zu übertragen.

Vibrationen ausgleichen

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Als Sender diente das Forschungsflugzeug des DLR, eine Dornier DO228-212. Empfänger war die optische Bodenstation des DLR-Instituts für Kommunikation und Navigation in Oberpfaffenhofen. Gesendet wurde mit einem vom DLR entwickelten Kommunikationslaser, der aus zwei Einheiten besteht: die Grobausrichteeinheit, ein sich drehender Linsenspiegel, der in einer Glaskugel unter dem Rumpf des Flugzeuges sitzt, sowie die im Innenraum montierte Feinausrichteeinheit, zu der Sensoren und bewegliche Spiegel gehören, die die Vibrationen des Flugzeugs ausgleichen.

Mit Hilfe dieser Systeme hätten sie die Daten über eine Distanz von 20 Kilometern mit einer Zielgenauigkeit von unter 3 Metern übertragen. "Wir wussten nicht, wie gut das klappen würde, es hatte zuvor ja noch keiner geschafft. Dann aber konnten wir einen absolut stabilen Empfang mit gutem Tracking herstellen, sogar über mehrere Minuten - das zu erleben, war großartig", kommentiert Florian Moll, Projektleiter am DLR-Institut für Kommunikation und Navigation. Moll und seine Kollegen planen, die Technik auch für die Übertragung zu Satelliten einzusetzen.

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