Kleinstsatellit mit Systemtechnik der TU Berlin testet Quantenkommunikation im Weltall

Das QUICK³-Flugmuster im Integrationslabor am Fachgebiet Raumfahrttechnik mit dem Entwicklungsteam der Technischen Universität Berlin.

Der Kleinsatellit QUICK³ dient als Technologiedemonstrator für Komponenten eines zukünftigen Quantensatellitensystems.

Geglückter Start der Rakete vom Raumfahrtzentrum Vandenberg (Kalifornien, USA)

Am Montag, den 23. Juni 2025, ist der Kleinstsatellit QUICK³ vom Raumfahrtzentrum Vandenberg (Kalifornien, USA; GMT-7) erfolgreich in die Erdumlaufbahn gestartet. Die Mission soll neue Technologien für eine abhörsichere Quantenkommunikation erproben und ein quantenphysikalisches Experiment unter Weltraumbedingungen durchführen. Die Technische Universität Berlin spielt im Forschungskonsortium eine zentrale Rolle und liefert entscheidende Beiträge zur Umsetzung.

QUICK³ ist ein Kleinstsatellit vom Typ 3U-CubeSat – etwa so groß wie ein Schuhkarton und rund vier Kilogramm schwer. Er dient als Technologiedemonstrator für Komponenten eines zukünftigen Quantensatellitensystems. An Bord befindet sich eine Quantenlichtquelle, die einzelne Lichtteilchen (Photonen) auf Basis eines zweidimensionalen Materials erzeugt. Diese Photonen sollen künftig dabei helfen, Informationen sicher und abhörgeschützt zu übertragen. Im Gegensatz zu klassischen Kommunikationssystemen ist bei der Quantenübertragung jeder unbemerkte Zugriff auf die Daten physikalisch ausgeschlossen.

Verbindung der wissenschaftlichen Komponenten

Die TU Berlin hat dafür gesorgt, dass die verschiedenen wissenschaftlichen Geräte im Satelliten zusammenarbeiten und zuverlässig ins Gesamtsystem des Satelliten eingebunden sind. Dafür entwickelte das Team eine spezielle Elektronikbaugruppe, die die Experimente im All steuert, die Messdaten speichert und sie später zur Erde sendet. Auch die mechanische Struktur, die die empfindlichen Bauteile im Inneren des Satelliten fixiert, stammt aus der TU Berlin. Die Ingenieure haben sie so konstruiert, dass sie den Belastungen beim Raketenstart standhält.

„Eine der größten Aufgaben in diesem Projekt war es, die Schnittstellen zwischen den wissenschaftlichen Partnern und dem Anbieter des Satellitenbusses aufeinander abzustimmen. Das Fachgebiet Raumfahrttechnik der TU Berlin übernahm dabei eine verbindende Funktion. Wir haben dafür gesorgt, dass das Gesamtsystem zuverlässig funktioniert“, sagt Systemingenieur Philipp Werner von der TU Berlin.

Julian Bartholomäus, Projektleiter an der TU Berlin, erklärt: „Unsere langjährige Erfahrung im Bereich Raumfahrttechnik – wir haben als einzige Universität weltweit bereits über 30 Satelliten in den Orbit gebracht – hat uns geholfen, die Experimente im Orbit möglichst automatisiert umzusetzen. Wir haben dafür viele bestehende Entwicklungen aus unserer TUBIN-Mission genutzt und konnten so flexibel auf Änderungen im Projektverlauf reagieren.“

Technologietest und Grundlagenforschung im Weltraum

Die Übertragung einzelner Photonen über große Distanzen ist über Glasfasern nur eingeschränkt möglich. Im All hingegen dämpft die Atmosphäre das Licht kaum – ein Vorteil für die Übertragung einzelner Photonen. QUICK³ prüft, ob die dafür vorgesehenen Komponenten auch unter den Bedingungen im Orbit zuverlässig arbeiten. Die Mission liefert damit wichtige Erkenntnisse für den Aufbau eines künftigen globalen Quantenkommunikationsnetzes mit vielen Satelliten.

Ein weiteres Ziel der Mission ist ein grundlegendes physikalisches Ziel: Das Team will testen, ob sich die sogenannte Born’sche Wahrscheinlichkeitsinterpretation der Quantenmechanik auch in der Schwerelosigkeit bestätigt. Diese Frage konnte bisher nicht unter Weltraumbedingungen untersucht werden. Die Projektbeteiligten rechnen mit ersten wissenschaftlichen Ergebnissen bis Ende 2025.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert das Projekt. Die Leitung liegt bei Prof. Dr. Tobias Vogl von der Technischen Universität München, der zusammen mit dem Team der Friedrich-Schiller-Universität Jena die Quantenlichtquelle gebaut und mit einem optischen Chip vom CNR-IFN in Italien integriert hat. Das Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik in Berlin hat ein Lasersystem gebaut, um die Quantenlichtquelle anzuregen, welches mit einer Elektronik der “National University of Singapore“ gesteuert wird.