Comunicación cuántica segura desde la estratosfera: red QKD con HAPS
La comunicación cuántica es la tecnología clave para una transmisión de datos segura y cifrada del futuro, por ejemplo, para proteger la infraestructura digital. El proyecto «MobixHAP» desarrolla un componente innovador para las redes QKD modernas: nodos de comunicación móviles en plataformas de gran altitud (HAPS) que pueden operar en la estratosfera. El resultado es una red troncal QKD que puede salvar grandes distancias y, al mismo tiempo, cumplir con los más altos requisitos de seguridad.
Foto: Carga útil QKD en una plataforma de gran altitud TAO, en colaboración con el socio del proyecto Mo-Space (carga útil QKD)
QKD desde la estratosfera: una nueva dimensión de las comunicaciones
Las futuras redes de distribución de claves cuánticas (QKD) se basarán en gran medida en conexiones de haz libre, por ejemplo, entre satélites, estaciones terrestres y nodos móviles. La estratosfera ofrece las condiciones ideales para ello: con estaciones de plataforma de gran altitud (HAPS), como drones, globos o aeronaves especiales (como el TAO SkyDragon), se pueden realizar conexiones QKD de largo alcance.
A diferencia de los satélites, las HAPS son:
- controlables y reutilizables
- rentables y fáciles de mantener
- pueden utilizarse de forma estacionaria sobre determinadas zonas
- no generan basura espacial
El espacio aéreo alemán se utiliza y supervisa permanentemente para el tráfico aéreo, lo que abre muy buenas oportunidades para una red QKD segura con nodos de confianza en la estratosfera, a una altitud de entre 18 y 20 km, como puente entre las redes terrestres y la comunicación cuántica por satélite.
Foto: Ascenso del TAO-HAP a la estratosfera en aproximadamente 2 horas
Dirigible TAO SkyDragon como plataforma QKD móvil
TAO Trans Atmospheric Operations GmbH está desarrollando una plataforma de comunicaciones aérea especialmente potente con el dirigible SkyDragon. Este sistema HAP especialmente diseñado:
- es capaz de despegar y aterrizar,
- cuenta con su propio sistema de propulsión,
- puede utilizarse a largo plazo como nodo QKD aéreo sobre una zona
- y es ideal para cargas útiles QKD pesadas.
La estructura modular del dirigible SkyDragon permite una distribución de la carga útil en el dispositivo. Esto es una condición óptima para el uso de diferentes aplicaciones de carga útil con diferentes masas y dimensiones en redes de comunicación complejas que deben diseñarse.
Objetivos del proyecto: carga útil QKD modular para plataformas móviles
El proyecto «Nodos móviles» (proyecto QuNet+ MobixHAP) persigue dos objetivos principales:
- Investigación y desarrollo de una red troncal QKD móvil en la estratosfera
- Diseño y prueba de una carga útil QKD modular estandarizada para plataformas HAPS
Esta carga útil desempeñará un papel decisivo en la distribución de claves cuánticas a grandes distancias, tanto como parte de la infraestructura habitual como solución de respaldo en caso de catástrofes.
Retos tecnológicos para el QKD en la estratosfera
Las condiciones extremas a una altitud de entre 18 y 20 km plantean grandes exigencias al diseño del sistema y a la tecnología del HAP:
- Resistencia al frío (hasta aprox. -70 °C) y funcionamiento prolongado incluso en la sombra de la Tierra (fases nocturnas)
- Desarrollo de sistemas eficientes de almacenamiento de energía solar eléctrica
- Alineación estable de los terminales de comunicación láser (LCT) a pesar del movimiento y las turbulencias
- Sistemas de control multidimensionales para la estabilización activa de la conexión
- Control basado en IA para un posible concepto de enjambre con varias plataformas
La carga útil se construirá de forma independiente del protocolo y será compatible con diferentes rangos de longitud de onda (por ejemplo, 810, 850, 1550 nm), así como con protocolos DV y CV. Varios HAP de gran altitud permitirán una red QKD sobre Alemania o, por supuesto, también a nivel mundial.
Foto: De HAP a HAP: una red independiente y cifrada en la estratosfera
Primer demostrador en un entorno de prueba real
A lo largo del proyecto se construirá un primer sistema de prueba: un demostrador QKD que se validará en una prueba terrestre de extremo a extremo y, a continuación, se probará en un dirigible estratosférico desarrollado específicamente para este fin. Esto acelerará considerablemente la disponibilidad operativa de todo el sistema.
Contribución a la iniciativa QuNET y a la red QKD de Alemania
El proyecto «Mobile Knoten» forma parte de la iniciativa nacional de investigación QuNET, financiada por el Ministerio Federal de Investigación, Transferencia y Aerospacial (BMFTR). QuNET tiene como objetivo desarrollar una infraestructura informática segura basada en la tecnología cuántica. En el marco de talleres estratégicos, se identificó claramente la necesidad de QKD estratosférico, y este proyecto aborda directamente dicha necesidad.
Mediante la creación de una red troncal basada en HAPS con nodos móviles en la estratosfera, el proyecto contribuye de manera significativa a la interconexión de estaciones terrestres y plataformas voladoras a distancias medias, ampliando así la flexibilidad y la escalabilidad de las redes QKD.
Los nodos QKD móviles desde la estratosfera abren nuevas vías para la comunicación cuántica segura: sostenible, altamente segura y con visión de futuro.
Foto: Comunicación cifrada de HAP al satélite y a la infraestructura terrestre
QKD con HAPS desde la estratosfera: alternativa resistente en caso de fallos de red
El fallo global de varias horas del sistema de Internet por satélite Starlink en julio de 2025 demostró de manera impresionante lo vulnerables que pueden ser los sistemas de comunicación centrales. Esto tiene repercusiones en todo el mundo en la navegación, las infraestructuras y los servicios en la nube.
Los nodos móviles en la estratosfera, como los que se están desarrollando en el marco del proyecto QuNET, ofrecen una solución sostenible: como infraestructura de comunicación complementaria basada en la comunicación cuántica, pueden proporcionar un nivel de conexión independiente y altamente seguro en caso de fallos de los sistemas basados en satélites.
Gracias a su posición en el espacio aéreo controlado, su flexibilidad de uso y su independencia tecnológica de las redes clásicas, los sistemas QKD basados en HAPS contribuyen de manera importante a la resiliencia digital, tanto para infraestructuras críticas como para conexiones de datos internacionales.
Los HAP QKD no compiten con los satélites (como Starlink), sino que los complementan de forma útil: aumentan la resiliencia mediante la redundancia, por ejemplo, en casos de catástrofe, lo que garantiza la fiabilidad y ofrece seguridad basada en la cuántica, especialmente relevante para infraestructuras críticas y redes soberanas.
El proyecto de investigación «MobixHAP» está financiado por el Ministerio Federal de Investigación, Transferencia y Aerospacial (BMFTR). Los socios del proyecto de investigación conjunto son Mo-Space, Mynaric, IPMS Fraunhofer, IOF Fraunhofer, Qssys y TAO Trans. GmbH.