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Chinesische Wissenschaftler haben unlängst das weltweit erste integrierte Quantenkommunikationsnetzwerk zwischen Weltraum und mehreren Bodenstationen angelegt, das eigenen Angaben zufolge zuverlässige und äußerst sichere Datenübertragung zwischen mehr als 150 Nutzern über eine festgelegte Gesamtdistanz von 4.600 Kilometer gewährleisten soll. Die dazugehörige Studie, die von Forschern der Chinesischen Universität für Wissenschaft und Technologie (USTC) verfasst wurde, erschien nun in der renommierten Wissenschaftszeitschrift „Nature“.

Leser der Studie bezeichnen die neue Errungenschaft als „beeindruckend“ und „futuristisch“, da es sich dabei um die weltweit größte Quantenverschränkung dieser Art handele. Außerdem gelte sie als ein wesentlicher Schritt zum Aufbau eines flächendeckenden Quanten-Internets, schrieben sie.

Nach heutigem Wissensstand entsteht eine Quantenverschränkung, wenn Quantenobjekte in einer Quelle gemeinsam als Paar erzeugt werden. Sind zwei Quanten miteinander verschränkt, existiert eine seltsame, dauerhafte Bindung zwischen ihnen, egal wie weit sie voneinander entfernt sind, was die Quantenkommunikation ermöglicht.

In der Quantenkommunikation werden Quantenzustände zur abhörsicheren Übertragung von Nachrichten genutzt. Durch die zunehmende Nutzung des Internets in Wirtschaft und Gesellschaft entsteht ein wachsendes Bedrohungspotential durch unbefugte Zugriffe. In der Quantenkommunikation können Nachrichten so übertragen werden, dass ein Zugriff mit Sicherheit entdeckt wird. Die Nachrichten können dabei so verschlüsselt werden, dass sie praktisch nicht mehr zu entschlüsseln sind.

Die zentrale Technologie der Quantenkommunikation besteht vor allem im Quantenschlüsselaustausch. Als Quantenschlüsselaustausch bezeichnet man mehrere Verfahren der Quanteninformatik, die Eigenschaften der Quantenmechanik nutzen, um zwei Parteien eine gemeinsame Zufallszahl zur Verfügung zu stellen, die später im Übertragungsprozess zur Ver- bzw. Entschlüsselung der Nachrichten verwendet wird.

Wissenschaftlern der Universität USTC gelang es, anhand 700 kombinierter bodengestützter optischer Faser und zweier Boden-Satelliten-Anbindungen ein Quantenkommunikationsnetzwerk mit einer Gesamtdistanz von 4.600 Kilometer aufzubauen.

Das Fasernetzwerk erstreckt sich von Beijing nach Shanghai und verfügt über zwei Operationszentren jeweils in Hefei, Provinz Anhui und in Jinan, Provinz Shandong, und verbindet mehr als 150 Nutzer. Dazu gehören unter anderem Geschäftsbanken, städtische Stromnetze und lokale Regierungen.

Die chinesischen Forscher sagten, dass sie das Quantennetzwerk in China ebenso wie ihre Zusammenarbeit mit Fachkollegen aus Österreich, Italien, Russland und Kanada weiter ausbauen wollten. Man hoffe, durch kleinere und kostengünstigere Satelliten und Bodenstationen in absehbarer Zukunft ein größeres integriertes Weltraum-Boden-Quantenkommunikationsnetzwerk bauen zu können.

Der nächste Schritt bestehe darin, das Verfahren mit mittelgroßen Satelliten, die sich auf entfernteren Erdumlaufbahnen befinden und somit eine Strecke von Zigtausenden Kilometern abdecken könnten, durchzuführen, um ein globales Quanten-Internet experimental zu erproben, hieß es in der Studie.