Kvantekrypteringsnøgler til sikker kommunikation distribueret 1, 000 kilometer længere end tidligere forsøg

Udveksling af en hemmelig nøgle til kryptering og dekryptering af meddelelser over en afstand på 1, 120 kilometer meldes ind Natur denne uge. Denne præstation er opnået ved hjælp af entanglement-baseret kvantenøglefordeling, en teoretisk sikker kommunikationsteknik. Tidligere forsøg på direkte at distribuere kvantenøgler mellem to jordbrugere under virkelige forhold har nået afstande på kun omkring 100 kilometer.

Kvantekommunikation bruger fotoner til sikkert at distribuere en "hemmelig nøgle" for at tillade udveksling af krypterede meddelelser. Tidligere arbejde har vist kvantenøglefordeling langs op til 404 kilometer spiral optisk fiber i et laboratorium, eller fra en satellit til en jordstation op til 1, 200 kilometer væk. Imidlertid, applikationer i den virkelige verden mellem to brugere er blevet begrænset til omkring 100 kilometer. Dette skyldes fotontab, som øges hurtigt med afstanden. Pålidelige relæer eller "repeatere" tilbyder en måde at forlænge afstanden og undgå fotontab, men relæstationerne introducerer sikkerhedsrisici.

Jian-Wei Pan og kolleger omgik behovet for repeatere ved at bruge en satellit til at etablere en sikker forbindelse mellem to jordstationer på Jorden, ved hjælp af sammenfiltrede fotoner. Sammenfiltrede fotoner er forbundet på en sådan måde, at selv når adskilt af lange afstande, resultater af målinger af deres kvanteegenskaber er perfekt korreleret. To teleskoper, designet til at modtage sådanne kvantesignaler, blev bygget 1, 120 kilometer fra hinanden i Delingha og Nanshan i Kina. Sammenfiltrede fotoner produceret af Micius-satellitten transmitteres til jorden, når satellitten passerer over stationerne. Selvom satellitbaseret sammenfiltringsdistribution er blevet rapporteret før, forfatterne har nu øget deres transmissionseffektivitet og reduceret fejlrater nok til at bruge entanglement til at transmittere kvantenøgler. De viser, at systemet producerer en sikker kanal, der er modstandsdygtig over for angreb.

Resultaterne repræsenterer en vej mod sammenfiltringsbaserede globale kvantenetværk, konkluderer forfatterne.