Der Weltraum wird zunehmend dichter bevölkert, da zahlreiche Satelliten mit unterschiedlichen Missionen die Erde umkreisen. Einige davon ermöglichen die Nutzung von Mobiltelefonen und anderen technischen Geräten, die wir zu Hause haben. Andere Satelliten sind für Verteidigungs- oder Erdbeobachtungsmissionen zuständig, während wieder andere bei Wettervorhersagen und der Überwachung von Naturereignissen wie Wirbelstürmen oder Vulkanausbrüchen helfen. Kleinere Teleskope beobachten das Geschehen im fernen Universum.
Ein neuer Bewohner dieses überfüllten Raums hat eine Mission, die in naher Zukunft entscheidend sein wird: die Quantenkommunikation, die unsere Verbindungen revolutionieren könnte. Die Rede ist von “GARBO”, dem ersten geostationären Quantenschlüssel-Verteilungssystem, das unter der Marke “Marca España” entwickelt wird.
Hinter dieser bahnbrechenden Initiative stehen Thales Alenia Space und Hispasat, die kürzlich den Start der Entwicklung, des Baus, der Verifizierung und der Validierung eines Prototyps mit dem Codenamen QKD-GEO angekündigt haben – “QKD” steht für “Quantum Key Distribution” und “GEO” für “geostationär”.
Mit einem Budget von 103,5 Millionen Euro ist die QKD-GEO-Mission eine Initiative des Staatssekretärs für Telekommunikation und digitale Infrastrukturen, finanziert durch europäische Mittel aus dem berühmten Aerospace PERTE und verwaltet vom Zentrum für technologische Entwicklung und Innovation (CDTI).
Dieses weltweit bahnbrechende Projekt ist disruptiv, da es bisher kein vergleichbares Quantenschlüssel-Verteilungssystem aus dem geostationären Orbit gibt.
Warum brauchen wir einen quantenbasierten Schutzschild? Derzeit werden unsere Daten durch Verschlüsselungsmethoden geschützt, die sicherstellen, dass nur Sender und Empfänger die Informationen lesen können. Diese Systeme sind für herkömmliche Computer unknackbar – oder sollten es zumindest sein. Hacker und Cyberkriminelle werden jedoch zunehmend raffinierter und sind bereits in der Lage, selbst die sichersten Passwörter zu knacken.
Quantencomputer hingegen könnten die aktuell verwendeten Verschlüsselungen in Sekundenschnelle entschlüsseln, was in den falschen Händen verheerend sein könnte.
Die Entwicklung von Quantencomputern birgt immense Vorteile in einer Welt, in der sich die Technologie in rasantem Tempo weiterentwickelt – wir könnten Operationen durchführen, die heute Jahrhunderte dauern würden. Doch wie bei jedem technologischen Fortschritt gibt es auch Risiken. Deshalb müssen wir uns schützen und Gefahren abwehren, bevor sie auftreten.
In diesem Kontext wird Spanien mit seiner QKD-GEO-Mission zu einem Pionier in der Welt.
Was ist das “GARBO”-Projekt und wie schützt es Ihre Daten? “Es ist entscheidend, ein System zu entwickeln, das es ermöglicht, Informationen mit den erforderlichen Sicherheitsgarantien in staatlichen Kommunikationsumgebungen (sowohl zivil als auch militärisch), bei der Verwaltung kritischer Infrastrukturen und in wirtschaftlich, ökologisch oder technologisch bedeutenden Anwendungen zu übermitteln”, erklärt Thales Alenia Space.
Diese Technologie bildet auch die Grundlage für ein zukünftiges Quanteninternet, das einen radikalen Sprung in der globalen Kommunikation bedeuten wird.
Obwohl solche avantgardistischen Initiativen zunächst auf offizielle Einrichtungen und Infrastrukturen – wie Regierungen und Armeen – abzielen, zeigt die Geschichte, dass letztlich auch die breite Öffentlichkeit von diesen Technologien profitieren wird.
Nach Abschluss der Entwicklung und Verifizierung wird die QKD-GEO-Mission einen geostationären Satelliten in einer Höhe von 36.786 Kilometern über dem Meeresspiegel starten, der in der Lage ist, Schlüssel zu erzeugen, die selbst Quantencomputer nicht knacken können.
Wie funktioniert dieser quantenbasierte Schutzschild? Die Idee ist, ein bestehendes System zu verbessern, das jedoch Grenzen hat: Die Verteilung von Quantenschlüsseln (QKD) über ein optisches Kommunikationssystem – ähnlich der Glasfaser, mit der Sie sich mit dem Internet verbinden – ermöglicht es, sicherzustellen, dass eine Kommunikation nicht abgefangen wurde. Terrestrische Glasfasernetze können jedoch die Integrität einer Kommunikation nur über Entfernungen von weniger als einigen Hundert Kilometern aufrechterhalten, da sie darüber hinaus Signalverluste erleiden.
Die Nutzung eines Satelliten zur Übertragung von Quantenschlüsseln ermöglicht hingegen die Überwindung großer Entfernungen.
QKD nutzt die Quanteneigenschaften von Photonen, um Verschlüsselungsschlüssel zu erstellen, die nicht abgefangen werden können, ohne ihren Zustand zu verändern. Jeder Spionageversuch verändert den Quantenzustand der Photonen und macht die Schlüssel unbrauchbar.
Die QKD-GEO-Mission ist in dieser Hinsicht das weltweit fortschrittlichste zivile Projekt. Durch die Verteilung von Schlüsseln, die unmöglich zu hacken sind, wird es als Barriere wirken, die selbst die fortschrittlichsten Quantencomputer nicht überwinden können.
Wann wird das Projekt in Betrieb gehen? Die Entwicklungsphase des Projekts wird 24 Monate dauern und umfasst die Herstellung der verschiedenen Elemente des Systems: von der Nutzlast, die auf dem geostationären Satelliten gestartet wird, bis hin zum zugehörigen Bodensegment.
Die geostationäre Nutzlast besteht aus einem hochpräzisen Teleskop mit Zeigemechanismus und integrierter Elektronik, einem Quanten-Zufallszahlengenerator, einer polarisierten Photonenquelle, einem Laserbeacon und einem Prozessor, der für die Generierung der Schlüssel und die Implementierung des Kommunikationsprotokolls zuständig ist.
Das Bodensegment umfasst optische Stationen, die mit Teleskopen ausgestattet sind, um die aus dem Weltraum gesendeten Photonen zu empfangen und die Schlüssel zurückzuholen, sowie ein Operationszentrum, das alle Aktivitäten des Systems, sowohl des Weltraumsegments als auch der Nutzer, organisiert und steuert.
Das Projekt sieht auch Feldtests mit einer atmosphärischen Verbindung von 140 Kilometern zwischen den Inseln La Palma und Teneriffa vor, die die funktionale Validierung des Bodensegments und der Nutzlast unter vollständig repräsentativen Randbedingungen als Vorstufe zu ihrer Umsetzung in einer operationellen Mission im Orbit ermöglichen. Das berichtet Thales Alenia Space.
Die Mission könnte bis 2027 einsatzbereit sein.
Spanien spielt eine Schlüsselrolle in der europäischen Quanteninfrastruktur. Die QKD-GEO-Mission ist Spaniens wichtigster Beitrag zur “European Quantum Communication Infrastructure” (EuroQCI), einem von der Europäischen Kommission geförderten Netzwerk zur Verbindung von Quantennetzen in verschiedenen Ländern mithilfe von Satelliten. Darüber hinaus ist es Teil von IRIS2, dem europäischen sicheren Satellitenkommunikationssystem.
Laut Ismael López, CEO von Thales Alenia Space in Spanien, wird dieses Projekt “die spanische Industrie an die Spitze der Quantenkommunikation aus dem geostationären Orbit bringen, was weltweit absolut bahnbrechend ist”.
Miguel Ángel Panduro, CEO von Hispasat, fügt hinzu, dass diese Technologie “einen Paradigmenwechsel in der sicheren Kommunikation der Zukunft bedeuten wird, in der der Weltraum und Satelliten als ideale Infrastruktur für die Übertragung über große Entfernungen konfiguriert werden”.
Bild: ID 73466090 ©
Ig0rzh | Dreamstime.com
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