Σε ένα σημαντικό άλμα προς την ανάπτυξη ενός παγκόσμιου κβαντικού Διαδικτύου, οι ερευνητές έχουν επιδείξει με επιτυχία την κατανομή κβαντικών κλειδιών σε πραγματικό χρόνο (QKD) μεταξύ ενός μικροδορυφόρου και πολλαπλών κινητών επίγειων σταθμών. Η ανακάλυψη, που επιτεύχθηκε με τον Jinan-1, τον πρώτο κβαντικό μικροδορυφόρο στον κόσμο , ηγήθηκε μιας ερευνητικής ομάδας από το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας (USTC) σε συνεργασία με το Jinan Institute of Quantum Technology, το Ινστιτούτο Τεχνικής Φυσικής της Σαγκάης, την Κινεζική Ακαδημία Επιστημών και το Πανεπιστήμιο Stellenbosch στη Νότια Αφρική. Τα ευρήματα δημοσιεύτηκαν πρόσφατα στο Nature .

Επιτρέποντας την εξαιρετικά ασφαλή, άθραυστη κρυπτογράφηση, η κβαντική επικοινωνία θεωρείται ως το μέλλον της κυβερνοασφάλειας, της στρατιωτικής νοημοσύνης και της προστασίας των οικονομικών δεδομένων. Αυτό το τελευταίο επίτευγμα αποδεικνύει ότι οι συμπαγείς, χαμηλού κόστους κβαντικοί δορυφόροι μπορούν να αναπτυχθούν γρήγορα, ανοίγοντας ενδεχομένως το δρόμο για έναν “αστερισμό” κβαντικών μικροδορυφόρων ικανών να παρέχουν κβαντικά ασφαλή δίκτυα παγκόσμιας κλίμακας.

Ένα άλμα προς τα εμπρός στην κβαντική επικοινωνία
Η διανομή κβαντικών κλειδιών (QKD) χρησιμοποιεί τις θεμελιώδεις αρχές της κβαντικής μηχανικής για να επιτρέπει σε δύο μέρη να ανταλλάσσουν κλειδιά κρυπτογράφησης με απόλυτη ασφάλεια. Σε αντίθεση με τις συμβατικές μεθόδους κρυπτογράφησης, το QKD διασφαλίζει ότι οποιαδήποτε προσπάθεια υποκλοπής των κλειδιών αλλάζει την κβαντική κατάσταση, καθιστώντας την υποκλοπή ανιχνεύσιμη.

Μέχρι τώρα, το QKD περιοριζόταν κυρίως σε δίκτυα οπτικών ινών, τα οποία περιορίζονται από περιορισμούς απόστασης και απώλειας σήματος. Το QKD που βασίζεται σε δορυφόρο επιλύει αυτό το πρόβλημα χρησιμοποιώντας οπτική επικοινωνία ελεύθερου χώρου , επιτρέποντας ασφαλείς μεταδόσεις σε χιλιάδες χιλιόμετρα.

Η Κίνα ήταν ηγέτης σε αυτόν τον τομέα, έχοντας εκτοξεύσει προηγουμένως τον κβαντικό δορυφόρο Micius το 2016. Ενώ ο Micius επέδειξε επιτυχώς QKD μεταξύ διαστημικών και επίγειων σταθμών, το Jinan-1 σηματοδοτεί ένα κρίσιμο βήμα προς τα εμπρός ενσωματώνοντας την κβαντική επικοινωνία με κινητούς, συμπαγείς επίγειους σταθμούς, καθιστώντας την ευρεία ανάπτυξη πολύ πιο πρακτική.

Ο Jinan-1 που εκτοξεύτηκε στις 27 Ιουλίου 2022, έχει σχεδιαστεί για να είναι μια χαμηλού κόστους, ελαφριά εναλλακτική λύση σε σχέση με τους παραδοσιακούς κβαντικούς δορυφόρους. Ενσωματώνει πολλές τεχνολογίες αιχμής, όπως:

Για να μεγιστοποιήσει την ευελιξία, η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε επίσης συμπαγείς οπτικούς επίγειους σταθμούς που ζυγίζουν λιγότερο από 100 κιλά, καθιστώντας τους φορητούς και ικανούς να αναπτυχθούν σε διάφορες τοποθεσίες. Αυτή η κινητικότητα είναι το κλειδί για τη δημιουργία ενός κλιμακούμενου κβαντικού δορυφορικού δικτύου, ικανού να παρέχει ασφαλή επικοινωνία οπουδήποτε στη Γη.

Ασφαλής ανταλλαγή κλειδιών μεταξύ Πεκίνου και Νότιας Αφρικής
Κατά τη διάρκεια των δοκιμών του, το Jinan-1 δημιούργησε οπτικούς δεσμούς με πολλούς επίγειους σταθμούς σε ολόκληρη την Κίνα, συμπεριλαμβανομένων των Jinan, Hefei, Nanshan, Wuhan, Πεκίνου και Σαγκάης, καθώς και στο Stellenbosch της Νότιας Αφρικής. Ο δορυφόρος μετέδωσε περίπου 250 εκατομμύρια κβαντικά φωτόνια ανά δευτερόλεπτο, δημιουργώντας έως και 1 megabit ασφαλών κλειδιών κρυπτογράφησης ανά δορυφορικό πέρασμα.

Ένα από τα πιο σημαντικά επιτεύγματα της αποστολής ήταν η επιτυχημένη ασφαλής ανταλλαγή κλειδιών μεταξύ του Πεκίνου και του Stellenbosch — δύο πόλεων που χωρίζονται από 12.900 χλμ. Χρησιμοποιώντας το Jinan-1, οι ερευνητές απέδειξαν πώς τα κβαντικά ασφαλισμένα μηνύματα θα μπορούσαν να μεταδοθούν με ασφάλεια σε όλες τις ηπείρους, αποδεικνύοντας περαιτέρω τη βιωσιμότητα ενός παγκόσμιου κβαντικού δικτύου.

photo: pixabay