Qubitcore-in-Space: eerste stap naar Europees quantuminternet via satelliet

• TNO Space en Qubitrium lanceren HemiQ op HemiCat (oktober 2026) als eerste stap

• Doel: testen of quantumhardware bestand is tegen ruimtecondities

• Focus op miniaturisering: richting schaalbaar, Europees quantumsatellietnetwerk

• Nieuwe mogelijkheden voor ketenpartners

Hoewel de HemiCat-satelliet niet letterlijk naar de maan wordt gestuurd, is dit echt een moonshot-project, volgens Kees Buijsrogge, Director Space & Scientific Instrumentation bij TNO. Het project Qubitcore-in-Space is namelijk geen afgebakend project met een snelle eindtoepassing, maar een schakel in de uitwerking van een omvangrijke langetermijnvisie. “We hebben bij TNO Space voor elk onderwerp waar we mee bezig zijn een moonshot en een roadmap. Een moonshot draait om een visie waar wij denken dat de wereld in tien tot vijftien jaar behoefte aan heeft. Met de roadmap bekijken we welke stappen we nodig hebben om daar te komen. Voor quantumcommunicatie is de moonshot een wereldomspannend quantuminternet waar je satellieten voor nodig hebt.”

“Voor quantumcommunicatie is de moonshot een wereldomspannend quantuminternet waar je satellieten voor nodig hebt.”

Kees Buijsrogge, Director Space & Scientific Instrumentation, TNO

Het project Qubitcore-in-Space is een van de eerste stappen in die roadmap. Het doel is vooral om te onderzoeken hoe de benodigde infrastructuur voor een quantumbeveiligde verbinding bestand is tegen de omstandigheden in de ruimte. Die apparatuur is voor een belangrijk deel ontwikkeld door Qubitrium. Dit bedrijf is een spin-off van de Turkse Özyeğin University (OzU) en specialist in aardse QKD-verbindingen. Het bedrijf heeft zich toegelegd op de miniaturisering van de componenten die daarvoor nodig zijn. Dat specialisme biedt direct een mogelijkheid om op de Chinese voorsprong in quantumsatellietcommunicatie in te lopen, vertelt Kadir Durak, CEO van Qubitrium. “De Chinese aanpak is vanwege de omvang van de apparatuur niet zo geschikt voor commerciële toepassingen. Met de miniaturisering die wij al hebben bereikt, kun je duizenden satellieten zoals een Starlink-netwerk voorzien van quantumcommunicatie.”

Belangrijk voor Europese autonomie

Buijsrogge vindt het erg belangrijk dat Europa vol inzet op deze ontwikkeling omdat Europa niet afhankelijk mag worden van China, maar ook niet van de VS. Hij wijst op initiatieven voor de ontwikkeling van IRIS² (IRIS squared), een Europees alternatief voor Starlink dat bestaat uit 18 satellieten op ongeveer 8.000 km hoogte (MEO) en 260 satellieten op 1.200 km hoogte (LEO).  De Europese Commissie heeft al aangegeven dat er in dat netwerk geen Amerikaanse componenten mogen zitten. “Laat staan dat Amerikaanse onderdelen verwerkt mogen worden in een quantumbeveiligd netwerk.”

TNO werkt al langer aan een compacte bron voor quantumverstrengelde fotonen die geschikt is voor gebruik in satellieten. Er was echter op afzienbare termijn geen mogelijkheid om die in de ruimte te testen, vertelt Nienke ten Haaf, wetenschapper van de Quantum Technology-afdeling van TNO. Zij kon door toeval met haar team een sprint maken in deze ontwikkeling. In een gepland project voor de lancering van een onderzoekssatelliet – de HemiCat – was eerder gereserveerde ruimte niet nodig. Daardoor kwam er een mogelijkheid om een quantumpayload, HemiQ genaamd, aan de satelliet mee te geven.

Er waren in dit project ook fotondetectoren nodig die geschikt waren voor gebruik in de ruimte. Daar had Qubitrium ervaring mee. Uiteindelijk bleef er zelfs nog ruimte over, zodat ook het miniatuur QKD-systeem van Qubitrium ingepland konden worden op deze HemiCat-missie. “Dit was echt een geweldige kans, maar tegelijk ook een enorme uitdaging”, vertelt Ten Haaf. “Pas in april afgelopen jaar werd het contact tussen TNO en Qubitrium gelegd. Het project paste ook goed in het strategisch programma Space van Holland High Tech waarin TNO de rol als programmaleider heeft, dus konden we van start. Uiteindelijk hadden we maar een jaar om de payload klaar te maken voor de lancering. Dat is echt geen gebruikelijke tijdlijn voor een spaceproject. Maar we hebben het gered!”

“Dit was echt een geweldige kans, maar tegelijk ook een enorme uitdaging.”

Nienke ten Haaf, wetenschapper Quantum Technology, TNO

Onderzoek in de ruimte vereist geduld

De lancering van de HemiCat staat nu gepland voor oktober dit jaar. “Voor ons is vooral belangrijk om aan te tonen dat de apparatuur werkt in de ruimte en welk golflengtebereik daarbij optimaal is”, verklaart Alper Özülker. Hij werkt als R&D Team Lead via de Nederlandse vestiging van Qubitrium. “In tweede instantie willen we uitzoeken hoe de omstandigheden in de ruimte de prestaties van de systemen beïnvloeden.” Het gaat dan onder meer om de gevolgen van temperatuurschommelingen, de invloed van geladen deeltjes in de ruimte die zorgen voor degradatie van materialen.

“Voor ons is vooral belangrijk om aan te tonen dat de apparatuur werkt in de ruimte.”

Alper Özülker, R&D Team Lead, Qubitrium

Het systeem dat meegaat in de HemiCat-satelliet is dus niet ingericht op het tot stand komen van volledig quantumbeveiligde communicatie tussen grondstation en satelliet. Veel van de metingen en detectie aan de apparatuur vinden met sensoren aan boord plaats. De data worden via reguliere kanalen naar de aarde gezonden. “Het gaat er ons vooral om in de ruimte ervaringen op te doen die het later gemakkelijker maken om missies te organiseren die wel echte verbindingen kunnen leggen tussen de grondstations en de satellieten”, legt Özülker uit.

De HemiCat-satelliet blijft naar verwachting drie tot vijf jaar actief. Toch betekent dat niet dat het onderzoeksteam gelijk na de lancering kan beginnen met metingen. De eerste weken heeft de operator nodig om alle basisvoorzieningen van een satelliet te activeren en te testen. Pas daarna worden stap voor stap de payloadfuncties geactiveerd volgens een strak schema. De komende maanden moet het team dus geduldig afwachten tot de eerste resultaten binnendruppelen. Ondertussen gaat het onderzoek in de aardse labs gewoon door waardoor mogelijk nieuwe inzichten ontstaan die de onderzoekers graag ook in de ruimte hadden willen testen. Er zitten al snel twee jaar tussen het moment dat het onderzoek en de tests op aarde afgerond moet zijn voor een missie, en er resultaten vanuit de ruimte komen, bevestigt Buijsrogge. “Dat is vreselijk, absoluut verschrikkelijk. Maar dat is bij elk onderzoek in de ruimte het geval.”

Gebruik CubeSats houdt kosten laag

Ondertussen werkt het team dan ook al aan de voorbereidingen van volgende missies. Özülker: “We werken iteratief. In feite is een eerste versie van wat we nu gaan testen een maand geleden al de ruimte ingegaan. We hebben daarmee de werking van de QKD-chip in de ruimte al gedemonstreerd. Het grote plaatje is dat als we zien dat alles werkt met de applicatie, we uiteindelijk een constellatie met meer satellieten kunnen bouwen.”

Het is beter om niet alle risicovolle stappen in een keer te nemen, voegen Durak en Buijsrogge toe. In dit type onderzoek wordt gekozen voor een snelle, interatieve aanpak. Door gebruik te maken van kleine, relatief voordelige satellieten, zogeheten CubeSats, kunnen technologieën gemakkelijker een voor een worden gevalideerd. “Traditioneel onderzoek in de ruimte betekent dat je satellieten bouwt die soms honderden miljoenen kosten. Met deze aanpak houden we de kosten laag en kunnen we gemakkelijker financiering krijgen”, verklaart Buijsrogge.

Impact onderzoek is groot

Het onderzoek naar extreem beveiligde communicatie met quantumcommunicatie verkeert nog in de beginfase. De resultaten hebben echter uiteindelijk grote maatschappelijke impact, zowel voor militaire als voor civiele toepassingen, verwachten TNO en Qubitrium. Durak: “De defensie-industrie is minder geïnteresseerd in QKD zelf, maar bijvoorbeeld wel in robuuste tijdsynchronisatie.” Militairen in het veld zijn nu sterk afhankelijk van satellietgebaseerde systemen als GPS en Starlink voor hun positiebepaling en navigatie. Die netwerken staan onder controle van Amerikaanse bedrijven en gemakkelijk te storen of zelfs uit te zetten, zoals het Oekraïense leger heeft ervaren in de oorlog tegen Rusland. Wanneer Europa kan beschikken over een eigen satellietnetwerk met quantumbeveiligde communicatie is dit soort essentiële informatievoorziening beter te stabiliseren.
Vanuit de financiële sector en overheid is juist veel belangstelling voor QKD-beveiligde communicatie.  “In deze fase van het onderzoek is het nog niet nodig om onderscheid te maken tussen de eisen van verschillende eindgebruikers. Het gaat nu om ervaring op te doen met de apparatuur in de ruimte”, licht Ten Haaf toe.

“De defensie-industrie is geïnteresseerd in robuuste tijdsynchronisatie.”

Kadir Durak, CEO, Qubitrium

Wanneer deze eerste stappen voor het quantuminternet met succes zijn gezet, ontstaan volop mogelijkheden voor bedrijven in een nieuwe Europese toeleveringsketen. Buijsrogge: “Wat ik leuk vind – en ik ben blij dat Qubitrium daar net zo over denkt – is dat we met Qubitcore-in-Space helpen de paraplu te creëren. Op die manier kunnen we als bedrijven samenwerken om zoiets te bereiken, in plaats van dat er alleen een-op-een-projecten ontstaan. Ik wil absoluut niet arrogant zijn, maar we organiseren deze samenwerkingen of helpen in ieder geval deze ontwikkeling te organiseren.”

Eerdere artikelen uit de reeks: