Obgleich chinesische Wissenschaftler alle geplanten Experimente mit dem weltweit ersten Quantensatelliten durchgeführt haben, erarbeiten sie bereits neue Studien und beabsichtigen den Start weiterer Quantensatelliten, um ein abhörsicheres Quantenkommunikationsnetzwerk zu errichten.

Im Zuge des Experiments mit der Bezeichnung „Quantum Experiments at Space Scale“ (QESS) startete China am 16. August 2016 den Satelliten „Micius“, der nach dem chinesischen Philosophen und Wissenschaftler aus dem 5. Jahrhundert v.Chr. benannt wurde.

Die drei wichtigsten wissenschaftlichen Ziele -- Quantenschlüsselverteilung, Verteilung von Quantenverschränkung und Quantenteleportation-- wurden ein Jahr früher als geplant erreicht und zugehörige Artikel in akademischen Fachzeitschriften veröffentlicht.

Micius Lebenserwartung ist auf zwei Jahre ausgelegt, sodass chinesische Wissenschaftler bereits neue Pläne für erweiterte Experimente mit dem Satelliten machen.

Pan Jianwei, der führende Wissenschaftler des QESS und ein Mitglied der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS), sagte, es solle eine Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern aus Europa erfolgen, um die interkontinentale Quantenschlüsselverteilung durchführen zu können.

Die Quantenschlüssel-Technologie findet Anwendung innerhalb der Quantenkommunikation, um Lauschangriffe zu unterdrücken und die Kommunikation hervorragend abzusichern.

Die Wissenschaftler führen Experimente zur Quantenschlüsselverteilung zusammen mit einer Bodenstation in Graz/Österreich durch. Ende August werde es von dort aus möglich sein, einen interkontinentalen quantengesicherten Anruf mit der Station in China zu unternehmen, so Pan.

Chinesische Wissenschaftler planten außerdem, zusammen mit Deutschland und Italien Forschungen zur interkontinentalen Quantenschlüsselverteilung durchzuführen. In beiden Ländern sollen bis Ende 2017 Bodenstationen fertig gestellt werden, fügte Pan hinzu.

Das interkontinentale Experiment beweise, dass Micius nicht nur mit chinesischen Einrichtungen arbeiten könne, sondern auch mit denen anderer Länder, sagte Pan.

Sein Forschungsteam versucht, die Quantenkommunikation in das herkömmliche Glasfasernetzwerk einzubinden, um Informationen sicher zu übertragen und die Technologie praktikabler zu gestalten.

Sie planen außerdem, eine Langstrecken-Quantenschlüsselverteilung basierend auf Quantenverschränkung, durchzuführen, die wesentlich sicherer als die momentane Quantenschlüsselverteilung ist. Pan hofft, dass dies bis Ende 2017 erreicht werden könne.

Das Langzeitziel der Forscher ist es, ein globales Quantenkommunikationsnetzwerk einzurichten.

Der Chefentwickler des wissenschaftlichen Anwendungssystems von QESS, Peng Chengzhi, sagte, dass der Satellit mit niedriger Erdumlaufbahn (sogenannter Low Earth Orbit) über ein begrenztes Kontingent an Reichweite und Zeit für jede Bodenstation verfüge. Micius, der in 500 Kilometern Höhe kreist, wird einige Tage brauchen, um jeden Punkt der Erde zu besuchen.

„Wenn Micius China überfliegt, beträgt das Zeitfenster des Experiments ungefähr zehn Minuten“, sagte Wang Jianyu, Chefkommandant des Satelliten. „Aber wenn wir über einen Satelliten auf einer Umlaufbahn in 10.000 Kilometern Höhe verfügen, könnte die Zeit für die Quantenschlüsselverteilung mehrere Stunden betragen. Und wenn wir über einen Satelliten mit einer Umlaufbahn in 36.000 Kilometern Höhe verfügen, kann er jederzeit ein Drittel der Erde abdecken.“

„Um die Abdeckung zu erweitern, planen wir, Satelliten in höhere Umlaufbahnen zu schicken und eine Satellitenkonstellation zu bauen, die die Entwicklung vieler neuer Technologien erfordert“, sagte Wang.

Zurzeit ist Micius nur dazu in der Lage, Quantenkommunikation im Schatten der Erde durchzuführen; das heißt, er kann nur nachts arbeiten um Störungen durch das Sonnenlicht zu vermeiden.

Allerdings würden Satelliten mit höheren Umlaufbahnen weniger Zeit im Schatten der Erde verbringen. Deswegen müssten sich chinesische Wissenschaftler die Technologien aneignen, um weltraumbasierte Quantenkommunikation auch tagsüber zu ermöglichen, sagte Peng.

Vor kurzem machten chinesische Wissenschaftler tagsüber eine Freiraum Quantenschlüsselverteilung auf einer Entfernung von 53 Kilometern möglich und brachen damit eine der technischen Hauptbarrieren einer Quantensatelliten-Konstellation.

„Wir hoffen, in etwa zehn Jahren ein boden- und weltraumintegriertes Quantenkommunikationsnetzwerk bilden zu können und es auf einem breiten Feld wie nationaler Verteidigung, Regierungsangelegenheiten, Finanzen und Energie anzuwenden und die Entstehung aufstrebender Industrien von strategischer Bedeutung zu fördern“, sagte ‚Pan. „Wir hoffen zudem, weltraumgestützte Quantentechnologie nutzen zu können, um grundlegende physikalische Theorien wie Quantengravitation zu erforschen und zu untersuchen.“