Laseroptischer Kanal zwischen Forschungsflugzeug und Bodenstation aufgebaut
20. Januar 2025 | Vorbereitung für sichere Kommunikation durch Quantenkryptografie
Laseroptischer Kanal zwischen Forschungsflugzeug und Bodenstation aufgebaut
Außeneinheit des laseroptischen Sende- und Empfangssystems
Eine optische Durchführung verbindet die Außeneinheit mit der Inneneinheit des Experimentalsystems. In der Flugkampagne haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Rahmen der QuNET-Initiative erfolgreich eine optische Verbindung – also eine Verbindung über Laserstrahlen – zwischen dem Forschungsflugzeug DO-228 CFFU und einer mobilen Bodenstation hergestellt. Die Experimente haben gezeigt, dass ein Kanal zur Übertragung der Lichtteilchen aufgebaut werden kann. Mit den Lichtteilchen werden quantenkryptografische Schlüssel erzeugt.
Blick aus der Flugzeugkabine Richtung Empfangsstation auf dem Gelände des DLR Oberpfaffenhofen
In der Flugkampagne haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Rahmen der QuNET-Initiative erfolgreich eine optische Verbindung – also eine Verbindung über Laserstrahlen – zwischen dem Forschungsflugzeug DO-228 CFFU und einer mobilen Bodenstation hergestellt. Die Experimente haben gezeigt, dass ein Kanal zur Übertragung der Lichtteilchen aufgebaut werden kann. Mit den Lichtteilchen werden quantenkryptografische Schlüssel erzeugt.
Empfangsstation bei der Vorbereitung für das Flugexperiment
In der Flugkampagne haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Rahmen der QuNET-Initiative erfolgreich eine optische Verbindung – also eine Verbindung über Laserstrahlen – zwischen dem Forschungsflugzeug DO-228 CFFU und einer mobilen Bodenstation hergestellt. Die Experimente haben gezeigt, dass ein Kanal zur Übertragung der Lichtteilchen aufgebaut werden kann. Mit den Lichtteilchen werden quantenkryptografische Schlüssel erzeugt.
Lichtteilchen sollen dabei helfen, die Kommunikation der Zukunft sicher zu machen. Mit den Lichtteilchen werden quantenkryptografische Schlüssel erzeugt. Jede Störung bei der Übertragung dieser Lichtteilchen fällt sofort auf. Es ist also nicht möglich, den Schlüssel unbemerkt abzuhören. Um die Quantenkryptografie weiter voranzubringen, beteiligt sich das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) am Projekt QuNET, in dem Systeme zur quantengesicherten Kommunikation aufgebaut werden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus dem DLR-Institut für Kommunikation und Navigation haben gemeinsam mit anderen Forschenden die Verbindung zwischen einem Forschungsflugzeug und einer Bodenstation mit Laserstrahlen, also mit gebündeltem Licht, getestet.
„Die Quantenkryptografie wird nicht nur für Regierungen und Behörden wichtig sein, sondern auch um Infrastruktur und Daten des täglichen Lebens zu schützen. Das DLR-Institut für Kommunikation und Navigation bringt seine Expertise zur optischen Nachrichtenübertragung über Satelliten in das Projekt ein“, erklärt Institutsleiter Dr. Florian David. Um lange Strecken zu überwinden, sollen Satelliten, Flugzeuge oder Stratosphären-Plattformen künftig Teil von Quantennetzen werden. Die DO 228 CFFU repräsentiert einen mobilen Knoten in einem solchen Quantennetz. „Das DLR-Forschungsflugzeug ermöglicht es uns, die speziellen Herausforderungen bei der Entwicklung eines mobilen Knotens zu untersuchen“, ergänzt Florian David.
In der Flugkampagne haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Rahmen der QuNET-Initiative erfolgreich eine optische Verbindung – also eine Verbindung über Laserstrahlen – zwischen dem Forschungsflugzeug DO-228 CFFU und einer mobilen Bodenstation hergestellt. Carlo Riester vom DLR-Institut für Kommunikation und Navigation erklärt, was QuNET ist, wie die Technologie erprobt wird und welche Kompetenzen das DLR in die Initiative einbringt.
Video: Carlo Riester vom DLR-Institut für Kommunikation und Navigation erklärt das Schlüsselexperiment
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Video: Carlo Riester vom DLR-Institut für Kommunikation und Navigation erklärt das Schlüsselexperiment
In der Flugkampagne haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Rahmen der QuNET-Initiative erfolgreich eine optische Verbindung – also eine Verbindung über Laserstrahlen – zwischen dem Forschungsflugzeug DO-228 CFFU und einer mobilen Bodenstation hergestellt. Carlo Riester vom DLR-Institut für Kommunikation und Navigation erklärt, was QuNET ist, wie die Technologie erprobt wird und welche Kompetenzen das DLR in die Initiative einbringt.
Ziel für 2025: Lichtteilchen mit einer Ionenfalle koppeln
In der Flugkampagne haben die Forschenden im Oktober 2024 erfolgreich eine optische Verbindung – also eine Verbindung über Laserstrahlen – zwischen dem DLR-Forschungsflugzeug DO 228 CFFU und dem QuBUS des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) hergestellt. Der QuBUS ist eine mobile Station, die an einem beliebigen Ort stehen kann. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben das Flugzeug mit einer Sendeeinheit ausgestattet, die Laserstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen erzeugt. Der QuBUS empfängt die Signale und verarbeitet sie weiter. Die Experimente in Oberpfaffenhofen haben gezeigt, dass ein Kanal zur Übertragung der Lichtteilchen aufgebaut werden kann. Die Sendeeinheit am Flugzeug und die Empfangseinheit in der Bodenstation richteten sich dazu selbständig aus.
In diesem Jahr werden die Tests fortgesetzt. Ziel ist es dann, einen durch die Luft geschickten Quantenzustand – hier also die Lichtteilchen – mit einer Ionenfalle zu koppeln. Dafür sendet eine Signalquelle auf dem Flugzeug einzelne Lichtteilchen, die von der Bodenstation empfangen und in ein Glasfaserkabel geleitet werden. Die Glasfaser führt zu einer Ionenfalle, in der sich Ytterbium-Atome befinden, welche durch Interaktion mit den ankommenden Lichtteilchen angeregt werden. So soll gezeigt werden, dass sich die Zustände der „fliegenden“ Lichtteilchen in den „stationären“ Atomen darstellen lassen und somit Quantenspeicher an mobile Knoten angeschlossen werden können. Parallel zu den Ionenfallen-Experimenten sind Tests von verschiedenen quantenkryptografischen Systemen vorgesehen.
An der Unterseite einer Dornier 228 der DLR-Forschungsflotte ist ein optisches Kommunikationsterminal montiert, welches für Experimente zur Quantum Key Distribution (QKD) spezifiziert wurde. Das Flugzeug simuliert einen mobilen Knoten und wird eine optische Verbindung zu einer Bodenstation herstellen. Umgesetzt wird das Experiment im Rahmen der QuNET-Initiative. Diese entwickelt hochsichere Kommunikationssysteme basierend auf modernster Quantentechnologie. Das Ziel von ist eine abhör- und manipulationssichere Kommunikation der Zukunft.
Video: Schlüsselexperiment der QuNET-Initiative
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Video: Schlüsselexperiment der QuNET-Initiative
An der Unterseite einer Dornier 228 der DLR-Forschungsflotte ist ein optisches Kommunikationsterminal montiert, welches für Experimente zur Quantum Key Distribution (QKD) spezifiziert wurde. Das Flugzeug simuliert einen mobilen Knoten und wird eine optische Verbindung zu einer Bodenstation herstellen. Umgesetzt wird das Experiment im Rahmen der QuNET-Initiative. Diese entwickelt hochsichere Kommunikationssysteme basierend auf modernster Quantentechnologie. Das Ziel von ist eine abhör- und manipulationssichere Kommunikation der Zukunft.
QuNET ist ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördertes Pilotprojekt zur Entwicklung hochsicherer Kommunikationssysteme basierend auf Quantentechnologien. QuNET startete im Herbst 2019 und wurde für eine Dauer von sieben Jahren geplant. Das BMBF fördert QuNET mit 125 Millionen Euro. Beteiligt sind neben dem DLR-Institut für Kommunikation und Navigation auch das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF, das Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI), das Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts (MPL), sowie die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU).
QuNET will Grundlagen für sichere und robuste IT-Netze schaffen, die bereits heute gegen Cyberangriffe von morgen gewappnet sind. Die Sicherheit von IT-Kommunikationsnetzen beruht aktuell vor allem auf mathematischen Annahmen. Diese bieten gegen Zukunftstechnologien, wie zum Beispiel leistungsfähige Quantencomputer, keinen ausreichenden Schutz mehr.
In die Planung und Durchführung der Tests mit den mobilen Knoten ist die DLR-Einrichtung Flugexperimente eingebunden, welche mehrere Forschungsflugzeuge im DLR betreibt. Im Projekt QuNET wird die Dornier DO 228 eingesetzt.
Optische Übertragungstechnologien am DLR-Institut für Kommunikation und Navigation
Am Institut für Kommunikation und Navigation befassen sich in der Abteilung Optische Satellitenlinks mehr als 50 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit der Anwendung optischer Übertragungstechnologien in der Satellitenkommunikation und verwandten Themengebieten. Das Institut ist international vernetzt, an zahlreichen internationalen Projekten federführend beteiligt und arbeitet eng mit Industrieunternehmen zusammen. Der Transfer der erarbeiteten Technologien und des Know-How in die Industrie gehört zu den wesentlichen Zielen des DLR und wird konsequent verfolgt. Erste Flugkampagnen mit optischen Verbindungen zu Bodenstationen für Telekommunikation und Quantenkommunikation wurden bereits im Jahr 2009 durchgeführt. Das Institut für Kommunikation und Navigation hat Standorte in Oberpfaffenhofen und Neustrelitz.
