Abhörsichere Quantenkommunikation zwischen China und Südafrika
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China hat mit Südafrika eine Quantenkommunikationsverbindung zwischen den beiden Ländern aufgebaut. Das ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einem globalen Netzwerk.
Chinesische und südafrikanische Wissenschaftler haben eine abhörsichere Quantenkommunikationsverbindung zwischen den beiden Ländern aufgebaut, wie aus einem Bericht des chinesischen Wissenschaftsministeriums hervorgeht. Das meldet die South China Morning Post. Demnach ist es erstmals gelungen, eine solche Verbindung zwischen zwei Kontinenten herzustellen.
Die Verbindung basiert auf einer Technologie, bei der die Gesetze der Quantenmechanik genutzt werden, um Informationen abhörsicher zu übertragen. Jeder Versuch, die Kommunikation abzufangen, würde die Quantenzustände der übertragenen Photonen verändern und sofort erkannt werden.
Für die Verbindung zwischen China und Südafrika nutzten die Forscher den chinesischen Quantensatelliten Micius, der bereits 2016 gestartet wurde. Der Satellit fungierte als Relaisstation, um Quantenschlüssel zwischen zwei Bodenstationen in China und Südafrika auszutauschen.
Quantenverschlüsselung über 12.800 km Entfernung
Die chinesische Bodenstation befindet sich in der Stadt Xinglong in der Provinz Hebei, etwa 100 Kilometer nordöstlich von Peking und die südafrikanische Station steht in der Nähe von Johannesburg. Die Entfernung zwischen beiden Punkten beträgt rund 12.800 Kilometer.
Dem Bericht zufolge gelang es, Quantenschlüssel über diese Distanz auszutauschen. Dass man sich dazu entschieden hat und nicht zur Übertragung von Daten, liegt an der derzeit noch extrem niedrigen Übertragungsrate von etwa 0,1 Bit pro Sekunde. Doch die Schlüssel können dann verwendet werden, um herkömmliche Kommunikationskanäle zu verschlüsseln, und die Nutzer können sicher sein, dass diese Schlüssel ausschließlich ihnen bekannt sind.
Trotz der niedrigen Übertragungsraten gilt die Verbindung zwischen China und Südafrika als wichtiger Schritt für die Entwicklung eines globalen Quantenkommunikationsnetzwerks.
Derzeit noch niedrige Übertragungsraten
Tatsächlich arbeitet China schon seit Jahren an der Entwicklung von Quantenkommunikationstechnologien und führt in dieser Technologie derzeit weltweit. Bereits 2017 gelang es chinesischen Forschern, mithilfe des Micius-Satelliten eine abhörsichere Videokonferenz zwischen China und Österreich zu schalten.
Das Reich der Mitte betreibt zudem bereits ein über 2.000 Kilometer langes Quantenkommunikationsnetzwerk zwischen Peking und Shanghai.
Trotz der technischen Hürden investieren viele Länder massiv in die Quantenkommunikation. Vor allem die USA und Europa versuchen aufzuholen. Die US-Regierung hat 2018 den National Quantum Initiative Act verabschiedet, der Investitionen von über 1,2 Milliarden Dollar in die Quantenforschung vorsieht. Die EU fördert im Rahmen des Quantum Flagship Programms ebenfalls zahlreiche Projekte.
Auch andere Länder wie die USA, Japan und mehrere europäische Staaten forschen intensiv an Quantenkommunikation. Experten gehen davon aus, dass in den nächsten Jahren weitere Durchbrüche auf diesem Gebiet zu erwarten sind.
Technische Herausforderungen noch erheblich
Trotz der jüngsten Erfolge gibt es noch große technische Herausforderungen beim Aufbau eines globalen Quantennetzwerks. Ein Hauptproblem ist die geringe Übertragungsrate der Quantenschlüssel über große Distanzen.
Die aktuelle Übertragungsrate von 0,1 Bit pro Sekunde ist für praktische Anwendungen noch viel zu gering. Es gilt daher, Wege zu finden, die Effizienz der Quantenkommunikation deutlich zu steigern. Eine Möglichkeit dazu wäre der Einsatz von Satelliten mit mehreren Relaisstationen. Diese könnten die Reichweite und Stabilität der Quantenverbindungen erhöhen. Allerdings befinden sich solche Systeme noch in einem frühen Entwicklungsstadium.
Eine weitere Herausforderung ist die Integration von Quantennetzwerken in die bestehenden Kommunikationsinfrastrukturen. Hier müssen noch Standards und Protokolle entwickelt werden, um einen reibungslosen Datenaustausch zu ermöglichen.
Allerdings sind Quantensysteme grundsätzlich anfällig für Umwelteinflüsse wie Temperaturschwankungen, elektromagnetische Störungen und physische Erschütterungen, was die Stabilität der fragilen Quantenzustände gefährdet.
Militärische Anwendungen
Die Asia Times weist darauf hin, dass Quantensatellitenkommunikation verstreute Militäreinheiten mit noch nie dagewesener Sicherheit integrieren und die Koordination von Operationen ohne Bedrohungen durch Cyberspionage ermöglichen könnte.
Denkbar wären auch sogenannte Quanten-Inertialnavigationssysteme. Diese wären von anfälligen GPS-Signalen unabhängig, böten eine außergewöhnliche Genauigkeit und könnten eine präzise Positionierung auch in Umgebungen ohne GPS gewährleisten.
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Eine solche Technik würde die Koordinierung und das Informationsniveau militärischer Einheiten oder Verbände zusätzlich drastisch erhöhen drastisch, die Reaktionszeiten verkürzen sowie die strategischen Fähigkeiten weltweit verbessern.
Abhörsicher, aber nicht immun gegen Störversuche
Die Asia Times weist aber auch auf eine Untersuchung hin, der zufolge ein bodengestützter Laser mit einer moderaten Leistung von einem Kilowatt ausreichen könnte, einen Quantenkommunikationssatelliten entscheidend zu stören. Die eingespeisten zusätzlichen Photonen würden die Quantenbitfehlerrate so stark erhöhen, dass eine sichere Schlüsselgenerierung unmöglich werde.
Einmal mehr zeigt sich, dass auch diese Technologie ‒ wie jede andere ‒ Wettrüstungsanstrengungen auf immer neuen strategischen und taktischen Ebenen und in immer exotischeren wissenschaftlichen Gebieten nach sich ziehen wird.