Verschlüsselung: Drohne für Quantenkommunikation entwickelt

Quantenverschlüsselte Kommunikation hat bisher nur über Glasfaser oder aufwendige Bodenstationen mit Satelliten und Flugzeugen funktioniert. Inzwischen reicht aber auch eine Drohne.

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Die Forscher glauben, dass die Technik auch in kommerzielle Drohnen wie diese passen könnte.
Die Forscher glauben, dass die Technik auch in kommerzielle Drohnen wie diese passen könnte. (Bild: Thomas Ehrhardt / Pixabay)

Kommunikation mit Quantenkryptographie gibt es wenigstens seit 2003. Damals musste dafür noch eine 100 Kilometer lange Glasfaserleitung benutzt werden. 2013 wurden Systeme entwickelt, die mit Lasersignalen von Flugzeugen funktionierten. 2016 startete ein chinesischer Satellit, der das gleiche über eine Entfernung von 1.200 Kilometern erlaubte. 2019 passt die gleiche Technik auch auf eine 35 Kilogramm schwere Drohne.

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Chinesischen Forschern gelang es mithilfe der frei fliegenden Drohne über 40 Minuten eine quantenverschlüsselte Verbindung zwischen zwei Bodenstationen aufrecht zu halten. Die nötigen optischen und elektronischen Systeme für die Kommunikation wogen zusammen nur 11,8 Kilogramm. Dabei beklagten die Forscher, dass sie einige unnötig große und schwere Komponenten verwenden mussten. Das Gesamtsystem soll soweit optimiert werden können, dass es etwa in eine handelsüblichen Drohne für Bildaufnahmen passen sollte.

Die wichtigste Komponente für die Kommunikation mit Quantenverschlüsselung ist eine Quelle für verschränkte Photonenpaare. Dazu dient ein Infrarotlaser, der etwa 2,5 Millionen Photonenpaare pro Sekunde erzeugt. Anschließend muss jedes der beiden Photonen zum Empfänger gebracht werden.

Dazu dienen zwei steuerbare Plattformen mit Teleskopen, die sowohl den jeweiligen Empfänger anpeilen und verfolgen können als auch die Photonen des Lasers an Bord der Drohne weiterleiten. Diese beiden Plattformen wogen jeweils 3,7 Kilogramm und wurden mit kommerziell erhältlichen Teilen gebaut. Sie waren nicht für den Zweck gedacht und deshalb unnötig schwer.

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Sobald die beiden Empfänger Photonen aus verschränkten Paaren erhalten, können sie sich gegenseitig verschlüsselte Nachrichten über eine normale Funkverbindung oder Ähnliches senden. Dieser Artikel erklärt, wie genau das funktioniert. Im Test gelang das bei einer Entfernung von 200 Metern zwischen den beiden Empfängern, wobei die Entfernung durch die Größe der Testanlage beschränkt war.

Die Bedingungen waren dabei keineswegs perfekt. Es wurde ohne größere Einschränkung der Leistungsfähigkeit am Tag, in der Nacht, bei Regen und bei Windgeschwindigkeiten bis 18 km/h getestet. Die Reichweite des Systems ist hauptsächlich von der Flughöhe der Drohne abhängig, da beide Empfänger der Photonenpaare die Drohne direkt sehen können müssen. Sie sollte aber deutlich mehr als 200 Meter betragen.

Eine militärische Anwendung es Systems wurde nicht direkt benannt. Allerdings erwähnten die Forscher, dass damit hochfliegende geflügelte Drohnen - wie sie fast nur vom Militär verwendet werden - eingesetzt werden könnten, um auf wochenlangen Flügen verschlüsselte Übertragungen auf Distanzen von bis zu 300 Kilometer möglich zu machen.

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