Sonntag, 03. Juli 2022

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Verschränkung im Weltraum

Physik. - Für manche Physiker ist die Quantenkryptografie die Verschlüsselungsmethode der Zukunft. Nun plant ein Forscherteam aus Wien eine Quantenleitung ins Weltall, auf die Internationale Raumstation.

Von Frank Grotelüschen | 02.03.2009

Ein paar Jahre ist es her, da forschte Rupert Ursin an einem Ort, der für einen Quantenphysiker höchst ungewöhnlich war.

"Wir befinden in einem Pumpwerk von Kanal Wien. Das hat die Funktion, das Schmutzwasser und das Frischwasser nach Simmering hinüber zu pumpen, zu den Klärwerken. Unterhalb sind die zwei großen Rohre für das Schmutzwasser. Auf der linken Seite liegt unsere Glasfaser."

Durch diese Glasfaser hatte Ursin spezielle Lichtquanten 600 Meter weit von einem Donauufer zum anderen geschickt – durch einen Abwasserkanal unterhalb des Flusses. Doch nun zieht es den Physiker der Österreichischen Akademie der Wissenschaften ganz woanders hin.

"Dieses Mal geht’s ins All. Dieses Mal sprechen wir über sehr viel größere Distanzen als nur damals über die 600 Meter. Jetzt sprechen wir über mehrere 1000 Kilometer im Weltall!#"

Die ISS, die Internationale Raumstation, hat Rupert Ursin im Visier, genauer gesagt das europäische Labormodul Columbus. Dort will er ein Lasersystem namens Space-QUEST installieren. Space-QUEST soll ganz besondere Lichtteilchen erzeugen, sogenannte verschränkte Photonen.

"Verschränkte Photonen verhalten sich wie zwei Würfel, die man wirft. Und die jedes Mal, unabhängig davon, wie weit sie voneinander entfernt sind, die gleiche Augenzahl zeigen."

Eine spukhafte Fernwirkung also, die bereits Albert Einstein voraussagte und die es ausschließlich in der Welt der Quanten gibt. Der Laser auf der ISS soll die verschränkten Lichtteilchen immer paarweise erzeugen. Einer der beiden Zwillinge wird dann zum Beispiel zu einer Empfangsstation auf Teneriffa geschickt. Der andere fliegt nach Süditalien, 2000 Kilometer von Teneriffa entfernt. Dort will man dann feststellen, ob beide Photonen tatsächlich noch miteinander verschränkt sind, sich also wie jene spukhaften Würfel verhalten, deren Augenzahl stets übereinstimmt. Damit wollen Ursin und seine Leute einen neuen Weltrekord aufstellen für die Übermittlung verschränkter Photonen. Der alte Rekord steht bei rund 140 Kilometern. Die Herausforderung: Um auf der ISS Platz zu finden, dürfen die Geräte für das Quantenexperiment nicht allzu groß sein. Kein Problem, meint Rupert Ursin.

"Für ein solches Experiment ist im Prinzip sehr wenig und einfache Hardware nötig. Alles was man braucht, ist ein Laser. Wir verwenden einen UV-Laser – den gleichen, der heute in jeden Blu-ray Disk-Player eingebaut ist – und einen kleinen Kristall, den man für zehn Euro kaufen kann."

Aber: Diese Technik muss raumfahrtfest gemacht werden. Sie muss ordentlich was abkönnen, zum Beispiel die Vibrationen beim Raketenstart, oder das Bombardement mit kosmischer Strahlung im All. 2012, hofft Ursin, könnte das Quantenexperiment im Weltraum beginnen. Gelingt es, könnte es sogar eine lukrative Anwendung nach sich ziehen – und zwar die sogenannte Quantenkryptografie, die absolut abhörsichere Datenübertragung. Mit verschränkten Photonen ist sie problemlos möglich. Und eine Bank, die sich ihrer bedienen wollte, bräuchte nur eine simple Empfangsstation auf ihrem Dach.

"Wir sprechen hier von einem Spiegeldurchmesser von 40 bis 50 Zentimeter. Das ist etwas, was heutzutage ambitionierte Amateurastronomen schon zuhause stehen haben. Und mit dem kann man dann einen Schlüssel generieren mit der Partnerbank, mit der man sicher kommunizieren möchte."

Dann, sagt Ursin, würde man sich wohl nicht der ISS bedienen, sondern Spezialsatelliten, eigens für die Kryptografie gebaut – wenn man so will also Quantensatelliten.