De ruimtevaartindustrie staat voor grote uitdagingen op het gebied van innovatie, veiligheid en duurzaamheid. Een van de mogelijke oplossingen voor deze uitdagingen is het gebruik van quantumcomputing. Een revolutionaire technologie die de grenzen van de traditionele informatica verlegt. In de vorige editie van TW (TW06) schreven we over de Nederlandse ambities in de ruimtevaartindustrie. In dit artikel zullen we zoeken naar het kruispunt tussen quantumcomputing en de ruimtevaartindustrie. En welke mogelijke route daaruit voortkomt. We zullen enkele voorbeelden geven van lopende projecten en toekomstige toepassingen van quantumcomputing in de ruimtevaartsector.
Kwantumverstrengeling
De kruising van quantum computing met de ruimtevaartindustrie zorgt ervoor dat twee technologieën van de volgende generatie kunnen samensmelten. Met fenomenen als kwantumverstrengeling kunnen kwantumapparaten in de ruimte, zoals satellieten, de volgende fase van kwantumtechnologie mogelijk maken: het kwantuminternet. Volgens quantum computing-bedrijf IonQ’s Chief Scientist Chris Monroe: “Twee praktijkvoorbeelden voor kwantumtechnologie in de ruimte omvatten (a) veilige communicatie, zelfs over meerdere knooppunten, gewaarborgd door de wetten van de kwantumfysica, en (b) gedistribueerde sensoren die bepaalde hoeveelheden kunnen meten met zeer weinig ruis. In beide gevallen zouden de communicatiekanalen kwantumcomputers op elk knooppunt als repeatercircuits vereisen, waardoor de noodzaak voor kleine lichtgewicht kwantumcomputersystemen wordt vermeden.”
Momenteel maken de kwantumsatellieten die worden ontwikkeld gebruik van QKD (Quantum Key Distribution). Hierbij wordt een set sleutels gedeeld tussen de ontvanger en de afzender. Dit zorgt voor een veiligere verbinding. Toekomstige satellietprojecten hopen kwantumverstrengeling te gebruiken om een nog veiligere en snellere verbinding te creëren. Volgens een Forbes-artikel uit 2022: “De kwantumverstrengelde link maakt de teleportatie van informatie met de snelheid van het licht mogelijk, maar betekent ook dat elke poging om het signaal te onderscheppen de link onmiddellijk verbreekt, waardoor hacken onmogelijk wordt.” Deze veiligere koppelingen kunnen veel verschillende industrieën transformeren. Voormalig NASA-raketwetenschapper Olympia LePoint legde uit dat “we hoogstwaarschijnlijk satellieten zullen zien die zijn omgebouwd om Quantum Communications te benutten om bijvoorbeeld bankgegevens, ziekenhuisgegevens of overheidsarchieven te delen.” Hoewel deze verstrengelde verbindingen baanbrekend kunnen zijn, zijn ze lastig te onderhouden, omdat kwantumverstrengeling vrij fragiel is. Zoals je in de volgende secties zult zien, werken veel landen eraan om kwantumverstrengelde verbindingen in de ruimte tot stand te brengen, alleen met behulp van verschillende methoden.
China’s race naar de ruimte
China werd de eerste die een QKD-satelliet naar de ruimte stuurde. De satelliet, Micius genaamd, werd in 2016 gelanceerd en kon zichzelf verbinden met grondstations op meer dan 1200 km van elkaar. In juli 2022 lanceerde China een tweede QKD-satelliet die ongeveer een zesde van Micius weegt. “Volgens Science Daily heeft het Chinese Tiangong 2 Space Lab in augustus kwantumcoderingssleutels verzonden naar vier grondstations die kwantumsleutels kunnen ontvangen van de Micius-satelliet die in een baan om de aarde vliegt. Hierbij wordt het ruimtestation dus als repeater gebruikt,” aldus het Forbes-artikel. Terwijl China eraan werkt om vooruit te komen in de kwantumrace, kunnen deze twee satellieten hen een mogelijk voordeel geven.
