In der heutigen Gesellschaft ist Kommunikation zu einem unverzichtbaren Bestandteil des menschlichen Lebens geworden, und mit der rasanten Entwicklung von Wissenschaft und Technologie unterliegen auch unsere Kommunikationsmethoden einer ständigen Innovation und Weiterentwicklung. In den letzten Jahren rückt die Quantenkommunikation als auffälliges Feld allmählich in das Blickfeld der Menschen. Im Vergleich zu herkömmlichen Kommunikationsmethoden bietet die Quantenkommunikation mit ihrem Potenzial für außergewöhnliche Sicherheit und Übertragungseffizienz neue Möglichkeiten für den Aufbau zuverlässigerer und sichererer Satellitennetzwerke.
Quantenkommunikation ist ein Forschungsgebiet, das untersucht, wie sich mithilfe der Quantenmechanik Informationen sicher senden und empfangen lassen. Es nutzt grundlegende Eigenschaften der Quantenphysik wie Superposition und Verschränkung, um eine sichere und effiziente Datenübertragung zu erreichen. In der klassischen Kommunikation werden Informationen normalerweise als Bits kodiert, die als 0 oder 1 dargestellt werden. In der Quantenkommunikation werden Qubits jedoch zur Kodierung von Informationen verwendet. Im Gegensatz zu klassischen Bits können Qubits gleichzeitig in einer Überlagerung von 0- und 1-Zuständen existieren, was komplexere und leistungsfähigere Berechnungen ermöglicht.
Einer der Schlüssel zur Quantenkommunikation ist die Quantenschlüsselverteilung (QKD). QKD ermöglicht es kommunizierenden Parteien, einen Schlüssel sicher auszutauschen, der dann zum Ver- und Entschlüsseln von Nachrichten verwendet werden kann. Die Sicherheit von QKD basiert auf den Prinzipien der Quantenmechanik und kann Abhör- oder Hackerangriffen widerstehen.
Ein weiteres wichtiges Konzept der Quantenkommunikation ist die Quantenteleportation (QT). QT ermöglicht die Übertragung des Quantenzustands eines Teilchens von einem Ort an einen anderen, ohne das Teilchen selbst physikalisch zu bewegen. Dieses Phänomen beruht auf dem Prinzip der Verschränkung, bei dem der Zustand eines Teilchens mit dem eines anderen in Beziehung steht, unabhängig von der Entfernung zwischen ihnen.
Quantenkommunikation hat das Potenzial, sichere Kommunikation und Kryptographie zu revolutionieren und durch Quantencomputing eine schnellere und effizientere Datenverarbeitung zu ermöglichen. Es handelt sich um einen aktiven Forschungs- und Entwicklungsbereich mit Perspektiven in Bereichen wie sichere Kommunikation, Quantennetzwerke und Quantencomputing.
Eine der größten Herausforderungen bei der Satellitenkommunikation besteht darin, dass Signale leicht abgefangen oder gehackt werden können. Herkömmliche Verschlüsselungsmethoden sind angreifbar, da Angreifer Signale während der Übertragung abfangen und manipulieren können. Quantenkommunikation, insbesondere QKD, löst dieses Problem, indem sie eine Methode für den grundsätzlich sicheren Austausch von Verschlüsselungsschlüsseln bereitstellt. Satellitenbasiertes QKD kann einen sicheren Kommunikationskanal zwischen Bodenstationen und Satelliten bereitstellen. Mithilfe von Quantenprinzipien kann QKD sichere Verschlüsselungsschlüssel erstellen, um ein Abfangen, beispielsweise die Übertragung verschränkter Teilchen oder Photonen, zu verhindern. Die Sicherheit von QKD liegt in der Tatsache, dass jeder Versuch, die Quantenkommunikation abzuhören, den Quantenzustand stört und beide Parteien auf die Anwesenheit des Angreifers aufmerksam macht.
Auch die Satellitenkommunikation profitiert von den einzigartigen Fähigkeiten der Quantenteleportation. QT ermöglicht die Übertragung von Quantenzuständen zwischen verschränkten Teilchen unabhängig von ihrer physikalischen Entfernung. Dies ermöglicht die Übertragung von Quanteninformationen von Bodenstationen zu Satelliten und umgekehrt, ohne dass eine physikalische Übertragung von Quantenzuständen erforderlich ist. Dies kann die Kommunikations- und Datenübertragungseffizienz von Satellitensystemen verbessern. Darüber hinaus könnte Quantenkommunikation in sicheren Quantennetzwerken mehrerer Satelliten und Bodenstationen funktionieren. Diese Netzwerke ermöglichen eine sichere Kommunikation und den Informationsaustausch zwischen Knoten und ermöglichen die Entwicklung fortschrittlicher satellitenbasierter Anwendungen wie globale Datenverteilung, Quantensensorik und verteiltes Quantencomputing.
Die Quantenkommunikation wird ihren Einfluss auf verschiedene Bereiche der Satellitenkommunikation ausüben, sowohl in aktuellen Anwendungen als auch in zukünftigen Entwicklungen. Dies sind einige der Bereiche, in denen die Quantenkommunikation Auswirkungen hat oder voraussichtlich haben wird: Satelliten mit sehr hohem Durchsatz (VHTS), hybride satelliten-terrestrische Netzwerke, Internet der Dinge (IoT), Weltraumsituationserkennung (SSA), Laserkommunikation usw -Orbit Servicing, Geostationary Transfer Orbit (GTO), 6G-Satellitenkommunikation, Kleinsatellitenvernetzung, Direct-to-Device-Service (D2D), Kommunikationssatelliten mit hohem Durchsatz, Quantenkommunikationssatelliten, künstliche Intelligenz (KI), Satellitenkonstellation mit niedriger Umlaufbahn Kette (LEO), geostationäre Orbitsatelliten (GEO), CubeSats.
Quantensatellitenkommunikation kann sich auf alle Aspekte der oben genannten Satellitenkommunikationsanwendungen und -technologien auswirken, indem sie eine sichere Verschlüsselung bereitstellt, sensible Daten schützt, eine effiziente Kommunikation ermöglicht und die Entwicklung fortschrittlicher Systeme wie Quantencomputer und künstliche Intelligenz unterstützt.
Bedeutende Fortschritte in der Quantenkommunikation haben die Tür für transformative Anwendungen geöffnet. Im Jahr 2017 wurde die weltweit erste 2.000 Kilometer lange quantensichere Kommunikationsfernleitung, die „Beijing-Shanghai Trunk Line“, fertiggestellt und eröffnet, wodurch zunächst ein großflächiges Quantenkommunikationsnetzwerk aufgebaut wurde. Dies ist nicht nur ein historischer Meilenstein, sondern zeigt auch das Potenzial dieser Technologie. Basierend auf diesem Erfolg kündigte Quantum von Washington nach Boston. Dies ist das erste Mal in den Vereinigten Staaten, dass ein zwischenstaatliches, kommerzielles QKD-Netzwerk entsteht.
Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie wurden zwischen 2012 und 2014 inländische Unternehmen wie Jiuzhou Quantum, China Quantum und Zhongchuangwei Quantum in Zhejiang bzw. Peking gegründet. Im Allgemeinen nahmen vor 2016 nur wenige Unternehmen am Quantenkommunikationswettbewerb teil. Im Jahr 2016 wurde der weltweit erste Quantenwissenschafts-Experimentalsatellit „Mozi“ erfolgreich gestartet und damit erstmals die Quantenkommunikation zwischen dem Satelliten und der Erde abgeschlossen. Quantenkommunikation ist langsam zu einer beliebten Branche werden.
Fortschritte in der Technologie haben es der Quantenkommunikation ermöglicht, die Kommunikation in verschiedenen Bereichen zu revolutionieren. Da die Quantenkommunikation immer ausgereifter wird, wird die Quantenkommunikation immer weiter verbreitet und mehr Unternehmen werden zu diesem schnell wachsenden Bereich beitragen.
Referenzanschluss:
https://africanews.space/quantum-communication-in-satellite-networks/