Undersøgelse viser levedygtighed af kvantesatellitkommunikation

Forskere i Canada har taget et betydeligt skridt i retning af at muliggøre sikker kvantekommunikation via satellitter i bevægelse, som annonceret af den canadiske regering i april 2017.

Deres undersøgelse, offentliggjort i dag i det nye tidsskrift Quantum Science and Technology , demonstrerer de første kvantnøglefordelingstransmissioner fra en jordsender til en kvante nyttelast på et fly i bevægelse.

For at sikre, at testene var et værdifuldt bevis på konceptet for den forventede satellitmission, teamet ved Institute for Quantum Computing (IQC) og Institut for Fysik og Astronomi ved University of Waterloo, Ontario, designet deres prototype -modtager til at bestå af komponenter, der er kompatible med størrelsen og begrænsninger i driftsmiljøet på en mikrosatellit.

Hovedforfatter Christopher Pugh, sagde:"Quantum key distribution (QKD) etablerer kryptografiske nøgler mellem to fjerne parter på en måde, der er kryptanalytisk ubrydelige. Jordbaserede QKD -systemer bruger optiske fiberforbindelser, og er begrænset til afstande på et par hundrede kilometer på grund af absorptionstab, som bliver eksponentielt værre, når afstanden stiger. "

"Ledninger til ledig plads har vist sig at fungere over jorden med forskellige afstande, både ved stationære og bevægelige test. Men på trods af tab på grund af geometriske effekter, der skalerer kvadratisk med afstand, tilføjelsen af ​​atmosfærisk absorption og turbulens og behovet for at have en klar sigtelinje betyder, at landbaserede frirumstransmissioner også er begrænset til et par hundrede kilometer. Satellitbaseret system udvider kvantekommunikation til en global skala. "

For at teste deres system, holdet brugte Twin Otter -flyet fra National Research Council til at udføre 14 passager over deres jordoverførselsstation på forskellige afstande, opnåelse af et kvantesignallink til syv pasninger, og en hemmelig nøgleudtrækning for seks af de syv succesfulde afleveringer.

Principalforsker Professor Thomas Jennewein, sagde:"Dette er et ekstremt vigtigt skridt, der tog næsten otte års forberedelse. Det viser endelig, at vores teknologi er levedygtig.

"Vi opnåede optiske forbindelser med lignende vinkelhastigheder som satellitter med lav jordbane, og for nogle passager af flyet over jordstationen, forbindelser blev etableret inden for 10 sekunder efter positionsdatatransmission. Vi så forbindelsestider på et par minutter og modtog kvantebitfejlfrekvenser typisk mellem tre og fem procent, genererer sikre nøgler op til 868 kb i længden.

"Vi har bevist konceptet, og vores resultater giver en blueprint til fremtidige satellitmissioner at bygge videre på, lige i tide til annonceringen af ​​en kvantesatellitsmission af den canadiske regering, "sagde Jennewein.