En ny ordning for satellitbaseret kvantesikker tidsoverførsel

Forskere ved University of Science and Technology of China har for nylig introduceret en ny satellitbaseret quantum-secure time transfer (QSTT) protokol, der kunne muliggøre mere sikker kommunikation mellem forskellige satellitter eller anden teknologi i rummet. Deres protokol, præsenteret i et papir udgivet i Naturfysik , er baseret på tovejs kvantenøglefordeling i ledigt rum, en teknik til at kryptere kommunikation mellem forskellige enheder.

"Vores hovedidé var at realisere kvantesikker tidsoverførsel for at løse sikkerhedsproblemerne i praktisk tids-frekvensoverførsel, "Feihu Xu, en af ​​de forskere, der har udført undersøgelsen, fortalte Phys.org.

Quantum key distribution (QKD) er en teknik til at opnå sikker kommunikation, der anvender kryptografiske protokoller baseret på kvantemekanikkens love. Kvantenøglefordelingsprotokoller kan generere hemmelige sikkerhedsnøgler baseret på kvantefysik, muliggør mere sikker dataoverførsel mellem forskellige enheder ved at spotte angribere, der forsøger at opsnappe kommunikation.

I deres undersøgelse, Xu og hans kolleger brugte et lignende princip til at udnytte kvantesignaler (dvs. enkelt fotoner) som bærere for det, der er kendt som tidsoverførsel. Tidsoverførsel er i bund og grund det tidsinterval, hvori data overføres fra ét sted, eller enhed, til en anden.

"Takket være kvante-ikke-kloningssætningen, vi brugte, ethvert forsøg på at opsnappe den enkelte foton vil uundgåeligt forstyrre kvantetilstanden, som kan kontrolleres via efterbehandling, " sagde Xu. "Dette gjorde det muligt for os at opnå en kvantesikker tidsoverførselsplan."

Xu og hans kolleger demonstrerede deres QSTT-protokol ved at anvende den på Micius kvantesatellitten. Micius, opkaldt efter den gamle kinesiske filosof Micius Mozi, er verdens første satellit, der er i stand til kvantekommunikation, som blev sendt ud i rummet ombord på Long March-2-D raketten tilbage i august 2016.

"Vi udførte en satellit-til-jord-tidssynkronisering ved hjælp af enkelt-foton-niveau-signaler og opnåede en kvantebitfejlrate på mindre end 1%, en tidsdatahastighed på 9 kHz og en tidsoverførselspræcision på 30 ps, " forklarede Xu.

Dette team af forskere er det første til at demonstrere satellitbaseret QSTT ved hjælp af enkeltfotoner. Bemærkelsesværdigt, tidspræcisionen opnået med deres foreslåede protokol er sammenlignelig med den for T2L2, en state-of-the-art teknik til at opnå tidsoverførsel, som blev anvendt på Jason-2 satellitten, som er baseret på brugen af ​​stærke klassiske laserimpulser.

Den nye ordning introduceret af Xu og hans kolleger kan i sidste ende bane vejen mod mere sikker kvantekommunikation mellem satellit og en række andre enheder. Ved at demonstrere muligheden for at opnå satellitbaseret højpræcisions tidsoverførsel med enkelte fotoner, deres arbejde åbner også for nye interessante muligheder for fremtidig forskning.

"Vores arbejde introducerer nye perspektiver for fysikområdet for at udnytte kvanteteknologi til at opnå større sikkerhed og højere nøjagtighed for tids-frekvensoverførsel, klokkesynkronisering og kvantenetværk af ure, " sagde Xu. "Vi planlægger nu at konstruere et satellitbaseret globalt kvantenetværk for at teste grundlæggende fysik og levere praktiske anvendelser, såsom distribution af hemmelige nøgler, synkronisering af ure og så videre."

© 2020 Science X Network