Quantenquelle im Weltraum sichert Kommunikation
Fraunhofer-Gesellschaft

Bisherige, als sicher geltende, mathematische Verschlüsselungsverfahren können von leistungsstarken Quantencomputern leicht geknackt werden. Für abhörsichere Kommunikation in besonders sicherheitsrelevanten Bereichen bieten sich deshalb verschränkte Photonen an, die von einer Quantenquelle im All erzeugt werden. Ein Fraunhofer-Forschungsteam hat eine solche weltraumtaugliche, robuste und performante Quantenquelle entwickelt. Ihr Ziel: In etwa vier Jahren den ersten europäischen Quantensatelliten ins Weltall zu schicken.

Erstmals ist es Forschern vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena gelungen, eine enorm stabile und gleichzeitig leistungsfähige Quantenquelle zu entwickeln. Sie kann mit Hilfe eines nichtlinearen Kristalls, auf den ein Laserstrahl trifft, 300 000 verschränkte Photonenpaare pro Sekunde erzeugen. Mit diesen Zwillings-Lichtteilchen lässt sich künftig sensible Kommunikation sicher verschlüsseln. Das Prinzip dahinter: Die zwei Photonen besitzen eine miteinander verschränkte Polarisation, unabhängig davon, wie weit sie voneinander entfernt sind. Darauf basierend lassen sich Schlüssel zwischen zwei Kommunikationspartnern etablieren, die beiden sofort verraten, wenn jemand versucht, ihre Kommunikation abzuhören. Denn greift jemand Unbefugtes ein, zerfällt die Verschränkung und der Zugriff ist nachweisbar. Die Technologie stößt bereits jetzt auf großes Interesse vor allem bei Banken und Regierungsorganisationen, für die eine sichere Kommunikation essentiell ist. Bis die Quantenverschlüsselung jedoch in drei bis fünf Jahren ihren Weg in die Anwendung findet, muss noch die nötige Infrastruktur zum Austausch der Schlüssel geschaffen werden. So müssten die Kommunikationspartner die Lichtteilchen zum Beispiel mit einem Teleskop empfangen, das wiederum in die IT-Struktur eingebunden werden muss.

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Roboter-Auge mit Rundumblick
Fraunhofer-Gesellschaft

Robotersysteme, die in der heutigen Industrie eingesetzt werden, können sich in alle Richtungen bewegen – aber nicht in alle Richtungen sehen. Die Frage, wo sie sich gerade befinden, müssen aber auch Roboter präzise beantworten können, wenn sie beispielsweise unermüdlich Werkstücke kleben, schweißen oder Dichtungen verfugen sollen. Denn nur wenn die Robotersteuerung auf den Millimeter genau weiß, an welcher Stelle sich der Klebe- oder Schweißkopf gerade befindet, ist das Endergebnis präzise.

Das Robotersystem braucht also eine Art Auge. In der Automobilindustrie und in vielen weiteren Branchen übernehmen das spezielle Sensoren, die mehrheitlich mit dem Prinzip der Lasertriangulation arbeiten. Dabei gibt es jedoch ein Problem: Die Höhenmessung klappt bei herkömmlichen Sensoren nur, wenn diese in Bearbeitungsrichtung angebracht sind. Ändert sich bei diesen Sensoren die Bewegungsrichtung des Robotersystems, bleibt das Auge blind. Die Festlegung auf eine Bearbeitungsrichtung schränkt die Flexibilität der Handhabungssysteme somit deutlich ein. Die einzigen Alternativen sind die Verwendung mehrerer Sensoren oder zusätzlicher Achsen – beides ist nach dem heutigen Stand der Technik mitunter teurer als der Roboter selbst. Die Lösung des Problems stellt der von der Fraunhofer-Gesellschaft entwickelte Sensor namens SensePRO dar, der mit 15 Zentimeter Durchmesser kompakt ist, eine eigens entwickelte Auswertesensorik hat, die einen abschattungsfreien Rundumblick ermöglicht, und einen 360°-Messvorhang erzeugt, der vollkommene Flexibilität bei der Messrichtung bietet. Egal wohin sich der Roboter bewegt, immer ist mindestens eine Laserlinie optimal positioniert und liefert genaue Positionsinformationen in die Kamera. Der Sensor ist so ausgelegt, dass er auf Roboter aller gängigen Hersteller von Kuka bis Fanuc passt und sich für alle denkbaren Einsatzszenarien eignet. Das erlaubt eine einfache Integration in bestehende Fertigungsanlagen. SensePRO soll voraussichtlich 2021 serienreif sein. Die Chancen stehen gut, dass sich SensePRO gut im schnell wachsenden Markt der Industrieroboter etablieren kann, da aktuell keine Konkurrenzsysteme erhältlich sind.

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Bild: W.R. Wagner www.pixelio.de