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Quantensatellit vom Weltraumbahnhof Jiuquan gestartet

Quanteninternet
Bild: Pixabay | Bild-Info

Im Rahmen des gemeinsam von Österreich und China betriebenen Projekts "Quantum Experiments at Space Scale" (QUESS) ist in der Nacht zum 16. August 2016 vom chinesischen Weltraumbahnhof Jiuquan eine Langstrecken-Trägerrakete vom Typ "Langer Marsch 2D" gestartet und hat erfolgreich den ersten Quantensatelliten im Weltall ausgesetzt, der die Erde auf einer polaren Umlaufbahn in rund 500 Kilometer Höhe umkreist.

Ziel dieses Projekts ist es, bis 2020 eine vollständig abhörsichere Datenübertragung zwischen Europa und Asien zu ermöglichen und bis 2030 ein weltweites "Quanteninternet" aufzubauen.

Diese Art der Datenübertragung beruht auf dem quantenphysikalischen Prinzip der "Verschränkung", ein Phänomen, das Albert Einstein noch als "spukhafte Fernwirkung" bezeichnete und an deren Existenz er nicht glaubte, die später jedoch durch zahlreiche Experimente nachgewiesen werden konnte. Verschränkung bedeutet, dass zwei Teilchen, etwa Lichtteilchen (Photonen), über beliebig weite Distanzen miteinander verbunden bleiben. Ändert sich der Zustand des einen Teilchens, dann ändert sich auch der Zustand des anderen Teilchens, und zwar augenblicklich, das heißt ohne Zeitverlust, unabhängig davon, wie weit die beiden Teilchen voneinander entfernt sind. Dabei kann es sich theoretisch sogar um astronomische Strecken im Bereich von Lichtjahren handeln.

Soweit jedenfalls die Theorie. In der Praxis, also im Experiment, ist es sehr schwer, die Verschränkung zweier Teilchen über größere Distanzen hinweg nachzuweisen, ein Problem, an dem der österreichische Physiker und Präsident der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW), Anton Zeilinger, schon seit Jahrzehnten arbeitet und der den bisherigen Rekord von 144 Kilometern aufstellte. Leider gelingt es nicht, aufgrund von Störungen in der Atmosphäre, weitere Strecken auf der Erde zu erreichen.

Da sich bereits allein durch die Messung eines Teilchens sein Zustand beeinflussen und somit ändern lässt, hat das natürlich auch einen Einfluss auf das zweite mit ihm verschränkte, bzw. verbundene Teilchen, dessen Zustand sich dadurch ebenfalls ändert. Diese Zustandsänderung kann dann am anderen Ende der Strecke registriert werden, was der Übermittlung einer Information oder dem Prinzip der Datenübertragung entspricht.

Bei der herkömmlichen Datenübertragung über Kabel oder per Funk besteht immer die Gefahr des Abhörens. Ein Hacker könnte das Kabel anzapfen oder die Funkwellen abfangen, ohne dass die Kommunikationspartner etwas davon mit bekämen. Zwar werden immer bessere Methoden der Verschlüsselung angewendet, sodass ein Hacker, wenn er die Nachrichten abhört, nur verschlüsselte Daten erhält, mit denen er nichts anfangen kann. Dennoch besteht selbst bei den vermeintlich besten Verschlüsselungen immer ein gewisses Restrisiko.

Eine Datenübertragung, die sich das Prinzip der "Verschränkung" zunutze macht, kann jedoch nicht unbemerkt abgehört werden. Jeder Versuch des Mithörens wäre nichts anderes als eine Messung der verschränkten Teilchen, was zugleich auch ihre Zustände ändern und von den Kommunikationspartnern unmittelbar bemerkt würde, die dann wiederum sofort ihre Datenübertragung abbrechen könnten.

Der neue Quantensatellit soll nun genau diese sichere Art der Datenübertragung ermöglichen und zwar über wesentlich weitere Strecken, als die bisher erreichten 144 km. Der ca. 600 kg schwere Satellit wurde unter Leitung des chinesischen Physikers Jian-Wei Pan in China konzipiert und dort wurden auch die Geräte gebaut, die sich an Bord des Quantensatelliten befinden und die der Erzeugung und dem Senden der Lichtteilchen dienen. Auch der nun erfolgreiche Raketenstart wurde von dem chinesischen Techniker- und Forscherteam durchgeführt.

Österreich betreibt zwei der Bodenstationen, die "Satellite Laser Ranging Station" in Graz und das "Hedy Lamarr Quantum Communication Telescope" in Wien. In ersten Experimenten soll der Quantensatellit verschränkte Lichtteilchen an diese beiden Bodenstationen senden. Mit ersten Ergebnissen und Veröffentlichungen ist jedoch nicht vor Mitte 2017 zu rechnen.


 
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