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Quantenkommunikation: Drohnen bilden fliegendes Quantennetzwerk

Abhörsichere Kommunikation mit verschränkten Photonen ist nun auch über ein Drohnennetzwerk denkbar. Bisher war die Reichweite dafür viel zu kurz - die Quanteninformation reist nicht allzu gut durch die Luft.
Mehrere Drohnen mit sechs Rotoren im Flug gegen den Himmel fotografiert. Laden...

Ein fliegendes Quantennetzwerk aus Drohnen soll abhörsichere Kommunikation auch ohne feste Infrastruktur möglich machen. Einen entsprechenden Prototyp, der das bisherige Problem begrenzter Reichweite löst, hat jetzt ein Team um Hua-Ying Liu von der Nanjing University entwickelt. Wie die Arbeitsgruppe in »Physical Review Letters« berichtet, besteht er aus zwei Drohnen, die verschränkte Photonen über eine Entfernung von einem Kilometer zwischen zwei Empfängern verteilten.

Dabei erzeugte eine der beiden Drohnen zwei miteinander verschränkte Photonen, während die zweite Drohne als Relaisstation wirkte. Die erste Drohne schickte eins der Photonen direkt an eine Basisstation, das zweite über den Umweg über die Relais-Drohne an die zweite Station. Das erhöht die Reichweite der Kommunikation drastisch – bisher konnten Drohnen die Photonen nur direkt über kurze Strecken versenden, denn die Quanteninformation geht über größere Distanzen durch Lichtstreuung schnell verloren.

Mit Hilfe verschränkter Photonen könnte man künftig beispielsweise abhörsicher Verschlüsselungscodes übertragen – sobald sich eine dritte Partei in den Datenstrom einhackt, fängt sie unweigerlich Lichtteilchen ab und löst so zuweilen die Verschränkung mit der Basisstation auf. Bisher braucht man für Quantenkommunikation über große Strecken entweder Glasfaserkabel oder Satelliten. Denn die Komponenten waren bisher nicht klein und robust genug für den eher wackeligen Einsatz an Bord einer Drohne. Außerdem ist es viel schwieriger, die verschränkten Photonen zuverlässig durch die Luft zu transferieren.

Im Mai 2020 demonstrierte das Team um Liu, dass die nötigen optischen Komponenten in einer handelsüblichen fliegenden Drohne Platz finden und diese verschränkte Photonen aus der Luft an zwei Basisstationen verteilen kann. Allerdings waren diese Stationen nur etwa 200 Meter weit voneinander entfernt. Im neuen Experiment stattete Liu die zweite Drohne mit einem optischen Empfänger aus, der die Photonen der ersten Drohne sammelt, wieder bündelt und an die Bodenstation weiterleitet. Die beiden Drohnen waren dabei 200 Meter voneinander und je 400 Meter von den Bodenstationen entfernt. Die Bodenstation empfing dabei vier Prozent der weitergeleiteten Photonen; für eine effektive Kommunikation muss dieser Wert noch verbessert werden, was Fachleute allerdings für machbar halten.

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