Satellitenbasiertes Quanteninternet Teil I

Ein paar Forschungsinitiativen werben damit, dass sie ein Quanteninternet aufbauen wollen. Die meisten Initiativen hierzu sind glasfaserbasiert. Glasfaserbasierte Quantenkommunikation hat aber einen essentiellen Nachteil – Dekohärenz. Quantensysteme müssen von der Außenwelt abgeschnitten bleiben, um ihre bemerkenswerten Eigenschaften (Superposition, Verschränkung, Tunneln) beizubehalten. Dies ist auch das Hauptproblem beim Bau von Quantencomputern.

Die meisten Systeme müssen stark gekühlt werden, damit keine Dekohärenz auftritt. Daher findet man bei den Quantencomputern auch immer das Setup mit dem flüssigen Helium, flüssigem Stickstoff und die Steuerung per Cloud. Klar, niemand will so ein Setup bei sich zuhause rumstehen haben. Server zu kühlen, ist schon nervig genug – und die müssen nicht auf 0,2K runtergekühlt werden.

Für Quantenkommunikation – vor allem Quantenschlüsselaustausch nutzen wir Photonen. Dies ist praktisch, da für die meisten Photonen die Energie h*v >> als k_bT ist und somit Dekohärenz nur mit gewisser Wahrscheinlichkeit auftritt. Dadurch ist die Reichweite bei der glasfaserbasierten Variante schon recht hoch (ca 400 km und mehr), aber noch nicht optimal. Lösung – wir benutzen Satelliten.

Ja und genau das haben die Chinesen auch gemacht. Die Photonenübertragung per Satellit hat den Vorteil, dass die Photonen den Großteil der Strecke im Weltall zurücklegen. Hier gibt es kaum Teilchen, mit denen irgendwas interagieren kann, sodass Dekohärenz auftritt und es ist schön kalt. Soweit alles schön.

Aber leider, leider, leider sind Satelliten immer noch ziemlich teuer. Für die Chinesen ist das nicht das Problem, bei einer staatlich gelenkten Wirtschaft, die die zweitstärkste weltweit ist und einen Großteil der Währungsreserven hält, kann die kommunistische Partei in China in so ziemlich alles investieren, worin sie wollen. Tun sie auch schon erfolgreich, beispielsweise Infrastrukturinvestitionen in Afrika. Dazu schreibe ich später mal, wieso ich denke, dass Europa hier nachziehen sollte – ist aber jetzt mal Off-topic.

Gut, die Chinesen stellen also die Infrastruktur für unser Quanteninternet. Aber wie die öffentliche Debatte schon gezeigt hat, ist es Mist, wenn die eigene kritische Infrastruktur komplett in feindlicher Hand liegt. Daher soll Huawei verboten werden, das 5G-Netz in Deutschland auszubauen – was ich persönlich vollkommen unterstütze.

Aber halt, Quantenschlüsselaustausch ist doch hundertprozentig sicher gegenüber Angreifern. Ja, schön wäre es. In den klassischen QKD-Setups haben wir eine Quelle, die die Photonen erzeugt. Diese ist in Hand von Alice. Jedoch gibt es in der Realität Angriffe auf QKD, die meines Wissens nach immer an der Quelle ansetzen. Liegt die Quelle in feindlicher Hand, so haben wir ein Problem. Aber eigene Satelliten hochschicken, ist und bleibt teuer. Was also tun?