Satellitundersøgelse viser, at global kvantekommunikation vil være mulig

Forskere i Italien har demonstreret gennemførligheden af ​​kvantekommunikation mellem højt kredsende globale navigationssatellitter og en jordstation, med en udveksling på enkeltfotonniveau over en afstand på 20, 000 km.

Milepælseksperimentet beviser gennemførligheden af ​​sikker kvantekommunikation på globalt plan, ved hjælp af Global Navigation Satellite System (GNSS). Det er rapporteret i sin helhed i dag i bladet Kvantevidenskab og -teknologi .

Medforfatter Dr. Giuseppe Vallone er fra University of Padova, Italien. Han sagde:"Satellitbaserede teknologier muliggør en bred vifte af civile, videnskabelige og militære applikationer som kommunikation, navigation og timing, fjernmåling, meteorologi, rekognoscering, Søg og Red, rumforskning og astronomi.

"Kernen i disse systemer er at overføre information og data sikkert fra satellitter i kredsløb til jordstationer på Jorden. Beskyttelse af disse kanaler mod en ondsindet modstander er derfor afgørende for både militære og civile operationer.

"Space quantum communications (QC) repræsenterer en lovende måde at garantere ubetinget sikkerhed for satellit-til-jord og inter-satellit optiske links, ved at bruge kvanteinformationsprotokoller som kvantenøglefordeling (QKD)."

Holdets resultater viser den første udveksling af et par fotoner pr. puls mellem to forskellige satellitter i den russiske GLONASS-konstellation og Space Geodesy Center i den italienske rumorganisation.

Medforfatter professor Paolo Villoresi sagde:""Vores eksperiment brugte de passive retro-reflektorer monteret på satellitterne. Ved at estimere de faktiske tab af kanalen, vi kan evaluere egenskaberne af både en dedikeret kvante nyttelast og en modtagende jordstation.

"Vores resultater beviser gennemførligheden af ​​QC fra GNSS med hensyn til opnåeligt signal-til-støj-forhold og detektionshastighed. Vores arbejde udvider grænsen for langdistance fri-rum enkelt-foton-udveksling. Den længste kanallængde, der tidligere blev demonstreret, var omkring 7 , 000 km, i et eksperiment med en Medium-Earth-Orbit (MEO) satellit, som vi rapporterede i 2016."

Selvom satellitter i høj kredsløb udgør en stor teknologisk udfordring, på grund af tab fra optiske kanaler, Professor Villoresi forklarede holdets begrundelse for at fokusere på satellitter i højt kredsløb i deres undersøgelse.

Han sagde:"Den høje kredsløbshastighed for satellitter med lav kredsløb om jorden (LEO) er meget effektiv for den globale dækning, men begrænser deres sigtbarhedsperioder fra en enkelt jordstation. Tværtimod, brug af satellitter i højere kredsløb kan forlænge kommunikationstiden, når nogle timer i tilfælde af GNSS.

"QC kunne også tilbyde interessante løsninger til GNSS-sikkerhed for både satellit-til-jord- og inter-satellitforbindelser, som kunne levere nye og ubetinget sikre protokoller til autentificering, integritet og fortrolighed af udvekslede signaler."

Dr. Giuseppe Bianco, som er direktør for Space Geodesy Center i den italienske rumfartsorganisation og medforfatter, sagde "Enkeltfotonudvekslingen med en GNSS-satellit er et vigtigt resultat for både videnskabelige og anvendelsesmæssige perspektiver. Det passer perfekt i den italienske køreplan for Space Quantum Communications, og det er den seneste præstation af vores samarbejde med University of Padua, som har udviklet sig støt siden 2003."