Das Quanten-Weltraumrennen ist da

Europa steigt in das Rennen ein, um die Quantentechnologie in großem Stil in den Weltraum zu bringen, mit nicht weniger als drei öffentlich-privaten Unternehmen, um einen Quantenkommunikationssatelliten zu starten. Der Trend auf der anderen Seite des Atlantiks wirft die offensichtliche Frage auf: Wo stehen die Vereinigten Staaten in diesem Rennen, das die Chinesen dominieren, seit sie 2016 den ersten Quantensatelliten hochgeschickt haben? Die Antwort hat sowohl strategische als auch technologische Implikationen.

Ein Quantensatellit verwendet Photonen, die durch die Quantenphysik untrennbar miteinander verbunden oder „verschränkt“ sind, um mit einer Bodenstation zu kommunizieren. Die quantenverschränkte Verbindung ermöglicht die Teleportation von Informationen mit Lichtgeschwindigkeit, bedeutet aber auch, dass jeder Versuch, das Signal abzufangen, die Verbindung sofort unterbricht und ein Hacken unmöglich macht. Quantenkommunikationssatelliten werden nicht nur zu Knotenpunkten eines zukünftigen Quanteninternets, sondern auch zu Knotenpunkten für hacksichere Netzwerke für die Übertragung geheimer Daten und Kommunikation – ganz zu schweigen von einer Befehls- und Kontrollarchitektur, die ein wesentlicher Bestandteil der Vorherrschaft im Weltraumbereich sein wird.

Letzten Monat die Europäische Weltraumorganisation angekündigt ein Plan für ein Konsortium aus 20 Unternehmen, einen Quantensatelliten im Jahr 2024 zu starten. Der Satellit wird die Quantenschlüsselverteilungstechnologie (QKD) verwenden. dh Austausch von Verschlüsselungsschlüsseln, die nur zwischen gemeinsam genutzten Parteien bekannt sind. für europäische quantensichere Kommunikationsnetze. Der Satellit fliegt im erdnahen Orbit (LEOLEO
) und wird an ein Operations Center mit Sitz in Luxemburg angeschlossen.

Bereits im Februar das in Singapur ansässige Luft- und Raumfahrtunternehmen SpeQtral ebenfalls angekündigt Es wird seinen ersten QKD-Satelliten, SpeQtral-1, im Jahr 2024 mit Hilfe des Singapurer Büros für Weltraumtechnologie und -industrie und des französischen Luft- und Raumfahrtunternehmens Thales starten. Virgin Orbit wartet nicht darauf, in dieser Hinsicht übertroffen zu werden, und ist eine Partnerschaft mit dem britischen Unternehmen Arqit Quantum eingegangen nicht weniger als fünf Starts von LEO QKD-Satelliten ab 2023. Interessanterweise würden diese Starts potenziellen Regierungskunden mit Arqits „Federated Quantum System“ dienen, das derzeit nur den Verteidigungsabteilungen der Five Eyes-Nationen zur Verfügung steht.

QKD ist eine bewährte Technologie: Unternehmen wie IDQuantique in der Schweiz und QLabs in Australien bieten Kunden seit Jahren Quantenverschlüsselung an (vollständige Offenlegung: beide sind Gründungsmitglieder der Quantum Alliance Initiative des Hudson Institute). Der Einsatz dieser Technologie im Weltraum ist schwieriger, und all diese Satellitenprojekte werden – zumindest am Anfang – Experimente sein. Aber es war China, das 2016 den ersten Quantensatelliten namens Micius startete und ihn ein Jahr später verwendete, um zu etablieren, wie man eine QKD-Fernkommunikation zwischen Bodenstationen erreichen kann, die mehr als 1200 km voneinander entfernt sind. Im Juli schickte China einen zweiten Quantenverschlüsselungssatelliten in die Luft, der Berichten zufolge nur ein Sechstel der Masse seines Vorgängers von 2016 beträgt.

Darüber hinaus nach Science DailyIm August übertrug Chinas Weltraumlabor Tiangong-2 im Orbit Quantenverschlüsselungsschlüssel an vier Bodenstationen – dieselben Bodenstationen, die in der Lage sind, Quantenschlüssel vom umlaufenden Satelliten Micius zu empfangen, der die Raumstation als Repeater verwendet.

All dies sind Schritte zur Schaffung einer Konstellation von mit Quantenverschlüsselung kompatiblen Satelliten über eine Reihe von Umlaufbahnen, die Fernkommunikation übertragen, die unhackbar und undurchsichtig für diejenigen ist, die nicht in den Quantenschlüssel eingeweiht sind.

Wo sind die USA in all dem? Obwohl das allererste QKD-Netzwerk 2003 von der Defense Advanced Research Projects Agency geschaffen wurde, waren unsere Regierung und insbesondere unsere National Security Agency seltsamerweise weitgehend gleichgültig gegenüber den Möglichkeiten der verschränkungsbasierten Kommunikation und QKD, während sie das chinesische Interesse andeuteten in der Technologie war Zeit- und Geldverschwendung. Kürzlich das Air Force Research Lab Forschung finanziert hat über die Verwendung von Drohnen für quantenverschränkte Netzwerke, aber diejenigen, die diese Bemühungen beaufsichtigen, sehen nicht, wie die Verwendung einer Quantentechnologie, die nur funktioniert, wenn Satellit und Bodenstation perfekt ausgerichtet sind, eine große Verbesserung gegenüber aktuellen Systemen darstellt.

Obwohl die US CHIPSHIPS
und Science Act von 2022, unterzeichnet von Präsident Biden im August, stellt jährlich mehr als 153 Millionen US-Dollar bereit für Quantencomputing und Netzwerke wird es wahrscheinlich nicht zu mehr Arbeit in Richtung QKD-basierter Systeme am Himmel führen.

Diese Einstellung muss sich jedoch möglicherweise ändern, wenn die Chinesen und Europäer in der Lage sind, zu demonstrieren, wie man ein echtes QKD-basiertes Netzwerk unter Verwendung mehrerer Satelliten, die mit mehreren Bodenstationen verbunden sind, erstellt – ein Netzwerk, das selbst für den raffiniertesten Hacker unerreichbar ist.

Alles in allem ist es unwahrscheinlich, dass die USA, wenn sie in das Rennen um Quantensatelliten einsteigen, dies alleine tun werden. Stattdessen müssen diejenigen, die sehen möchten, dass Amerika von diesem aufkommenden technologischen Matchup profitiert, einen ausländischen Partner ermutigen, sich zu engagieren und anzubieten, unsere Wissenschaftler, Ingenieure und schließlich die Regierung zu motivieren, diesmal diesen nächsten großen Quantensprung zu machen ins Reich des Weltraums.