QDrone – Simulation freistrahlender Quantenkommunikation mit Drohnen

Freistrahlende optische Kommunikation (Free-Space Optical Communication, FSOC) gilt als Schlüsseltechnologie für zukünftige Quantenkommunikationsnetzwerke. Um die physikalischen Grundlagen dieser Technologie besser zu verstehen, entwickelt die FHNW gemeinsam mit GA-Synopta eine mobile Drohnenplattform, die atmosphärische Störungen im Kontext der Quantenkommunikation untersucht – kosteneffizient, flexibel und praxisnah.

Ausgangslage

Mit dem zunehmenden internationalen Interesse an sicheren Quantenkommunikationssystemen rückt die Untersuchung von atmosphärischen Einflüssen auf optische Übertragungswege in den Fokus. Konventionelle Testumgebungen – etwa Bodenstationen mit aufwendiger Infrastruktur – sind oft teuer und schwer skalierbar. Die FHNW verfügt hingegen über eine hochpräzise Drohnentechnologie mit optischer Nachführung (2-Achsen-Gimbal und MEMS-Spiegel), die erstmals für diese Fragestellung eingesetzt wird. Erste erfolgreiche Tests erfolgten in Zusammenarbeit mit dem Satellite Laser Ranging Observatory Zimmerwald.

Ziele

Das Projekt untersucht, ob sich atmosphärisch bedingte Schwankungen der Signalqualität – insbesondere Szintillationen – mithilfe gezielter Messungen und etablierter Turbulenzmodelle (Obukhov-Kolmogorov-Modell) zuverlässig quantifizieren lassen. Dabei liegt der Fokus auf der Analyse des Strukturparameters Cn² bei einer Wellenlänge von 637 nm. Ziel ist es, eine skalierbare Plattform zur Simulation realer Kommunikationsszenarien zu schaffen, die für die Validierung zukünftiger satellitengestützter Quantenkommunikationssysteme genutzt werden kann.

Ergebnisse

Erwartet werden hochwertige Datensätze zur Charakterisierung von Turbulenzeinflüssen sowie Modellvergleiche, die als Grundlage für die Entwicklung adaptiver Optiken und robuster Quantenkommunikationsprotokolle dienen. Darüber hinaus wird die Leistungsfähigkeit der FHNW-Drohnenplattform als mobile Testumgebung für FSOC-Systeme demonstriert.

Mit QDrone entsteht eine flexible, skalierbare und kosteneffiziente Forschungsplattform (TRL 3–6), die national und international als Referenz für experimentelle Quantenkommunikationsforschung dienen kann. Die Ergebnisse leisten einen direkten Beitrag zur Weiterentwicklung der Schweizer Quanteninfrastruktur im Rahmen der Swiss Quantum Initiative (SQI).

Projekt-Information