Raumfahrttechnik

QUICK³

Projektübersicht

ProjektnameQUantenphotonIsChe Komponenten für die sichere Kommunikation mit Kleinsatelliten
Projektlaufzeit01.09.2021 - 31.08.2024
FörderungsnummerDLR FKZ 50 WM 2167

Partner

Das Projekt wird in Zusammenarbeit mit folgenden Partnern durchgeführt:

  • Friedrich-Schiller Universität (FSU), Jena, Deutschland
  • Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenzforschung (FBH), Berlin, Deutschland

Projektbeschreibung

Die Quantentechnologien des 21. Jahrhunderts werden einen massiven Einfluss auf künftige Anwendungen in den Bereichen Informationsverarbeitung, Kommunikation, Sensorik und Metrologie haben. Zu den wichtigsten Anwendungen gehören das Quantencomputing und die Quantenkryptografie. Ein Quantencomputer nutzt das Quantensuperpositionsprinzip und die Verschränkung, um komplexe mathematische Probleme zu lösen oder Simulationen durchzuführen, die für die heutigen Supercomputer unlösbar sind. Die Quantenschlüsselverteilung (Quantum Key Distribution, QKD), eine Methode zum Austausch von Zufallsschlüsseln mit unbedingter Sicherheit, ist wohl näher an einer groß angelegten Realisierung und Kommerzialisierung. 

Im Mittelpunkt von QKD steht die Kodierung und Übertragung von Informationen in einzelnen Photonen. Aufgrund der Heisenbergschen Unschärfe kann die Information nicht heimlich ausgelesen werden, und das No-Cloning-Theorem verbietet das geräuschlose Kopieren. Dies begrenzt jedoch die maximale Kommunikationsdistanz von QKD in Glasfasernetzen auf mehrere hundert Kilometer, da die Streuung und Absorption von Photonen in Glasfasern endlich ist. Aufgrund des No-Cloning-Theorems können herkömmliche Repeater-Knoten nicht realisiert werden. 

Die Verwendung von Satelliten als Relaisknoten ist ein möglicher Weg, die Entfernungsbeschränkungen zu umgehen, da die Streuung in der Atmosphäre oberhalb einer Höhe von 10 Kilometern vernachlässigbar wird. Für solche Weltraum-Boden-Szenarien, bei denen ein Satellit mit einer Quantenlichtquelle ausgestattet ist und einzelne Photonen an verschiedene, über die Welt verteilte Bodenstationen sendet, müssen neue Quantentechnologien entwickelt werden. 

Mit QUICK³ (QUantum photonIsChe Komponenten für sichere Kommunikation mit Kleinsatelliten) entwickeln wir eine Einzelphotonenquelle, die auf einem fluoreszierenden Defekt im 2D-Material hexagonales Bornitrid basiert, und evaluieren ihre Funktionalität im Weltraum auf einem 3U CubeSat. Außerdem ist die Photonenquelle mit einem Quanteninterferometer gekoppelt, mit dem wir erweiterte Quantentheorien in der Schwerelosigkeit testen können. Langfristig untersuchen wir auch hybride Systeme, bei denen wir die Quantenlichtquelle mit Quantenspeichern koppeln. 

Innerhalb des QUICK³-Konsortiums ist TUB für die Integration der wissenschaftlichen Nutzlast in den kommerziellen 3U CubeSat und den Betrieb des Raumfahrzeugs in der Umlaufbahn verantwortlich.

Teammitglieder

An der TU Berlin sind folgende Teammitglieder am Projekt beteiligt:

Förderung

  • Dieses Projekt wird vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) unter den Förderkennzeichen 50WM2165, 50WM2166, 50WM2167 (QUICK3)  gefördert.

Kontakt

M.Sc.

Julian Bartholomäus

Wiss. Mitarbeiter

julian.bartholomaeus@tu-berlin.de

+49 (0)30 314-24397

Gebäude F
Raum F 501

Dipl.-Ing.

Philipp Werner

Wiss. Mitarbeiter

philipp.werner@tu-berlin.de

+49 (0)30 314-21304

Gebäude F
Raum F 507