Nowy rekord kwantowej telekomunikacji. Udało się przesłać klucz kwantowy na odległość prawie 13 tys. km
Naukowcy z Chin i Republiki Południowej Afryki ustanowili najdłuższe dotychczas kwantowe połączenie satelitarne. Dzięki mikrosatelicie przesłali klucz kwantowy między punktami oddalonymi od siebie o 12,9 tys. km. To krok w stronę superbezpiecznego kwantowego internetu.
W tym artykule:
- Dwa zdjęcia i klucz kwantowy
- Bezpieczna komunikacja z użyciem satelitów
- Kto pierwszy będzie miał kwantowy internet?
Naukowcy ustanowili kwantowe połączenie pomiędzy stacjami naziemnymi w Chinach i w Republice Południowej Afryki. Pomógł w tym mikrosatelita Jinan-1 znajdujący się na niskiej orbicie okołoziemskiej. Dzięki niemu udało się przesłać klucz kwantowy, czyli porcję informacji służącą do odkodowania danych, na rekordowo duży dystans. W przyszłości właśnie takie mikrosatelity mogą oferować kwantowy internet. Czyli superbezpieczne przesyłanie informacji, których – z uwagi na podstawowe reguły fizyki kwantowej – nie będzie można przechwycić ani zmienić.
Kluczowa jest niewielka waga Jinan-1. Instrumenty naukowe na pokładzie tego mikrosatelity ważyły tylko 23 kilogramy. To dziesięć razy mniej niż sprzęt wykorzystywany w poprzednich eksperymentach tego typu. Zdaniem ekspertów w przyszłości możliwe będzie wysyłanie na orbitę za jednym razem wielu takich satelitów. Mogłyby się stać dla kwantowego internetu tym samym, co satelity Starlink firmy SpaceX dla zwykłego.
Dwa zdjęcia i klucz kwantowy
W eksperymencie przesłano klucz kwantowy, który utworzono z fotonów w stanie kwantowym. Posłużył do odszyfrowania dwóch zdjęć, jakie wymieniono między ośrodkami naukowym: fotografii chińskiego Wielkiego Muru i kampusu południowoafrykańskiego Uniwersytetu Stellenbosch. Klucz kwantowy przesyłano między różnymi stacjami naziemnymi i mikrosatelitą. W sumie udało się to zrobić 20 razy.
Zminiaturyzowano nie tylko satelitę, ale i naziemne przekaźniki wykorzystane w testach. Wcześniej ważyły 13 ton. Teraz zaledwie po ok. 100 kg. – Chcemy udoskonalić tę technologię: od demonstracyjnej do takiej, która jest naprawdę praktyczna i użyteczna – zapowiada prof. Jian-Wei Pan z Uniwersytetu Nauki i Technologii w Chinach. A także tańsza: mikrosatelita Jinan-1 kosztował 45 razy mniej niż jego poprzednik.
Bezpieczna komunikacja z użyciem satelitów
Metoda bezpiecznej komunikacji, jaką testowano, formalnie nazywano jest kwantową dystrybucją klucza (ang. Quantum Key Distribution, QKD). QKD znajduje się już w użyciu. „Jest wykorzystywana przez banki i rządy do przesyłania kluczy światłowodami” – czytamy na stronie nature.com. „Jednak kable absorbują fotony, ograniczając odległość, na jaką może dotrzeć sygnał. Ponieważ światło jest absorbowane znacznie wolniej, przechodząc przez powietrze niż w kablu światłowodowym, satelity mogłyby pełnić rolę przekaźnika między dwiema lokalizacjami niemal w dowolnym miejscu na planecie”.
Wszystko dla bezpieczeństwa danych. – Metody takie jak QKD dają mocną gwarancję, że przyszłe komputery kwantowe nie będą w stanie odczytać poufnej komunikacji – zauważa Alexander Ling, fizyk kwantowy z Narodowego Uniwersytetu Singapuru.
Kto pierwszy będzie miał kwantowy internet?
Chiny już od dłuższego czasu rozwijają technologię kwantowej komunikacji. Mają imponującą infrastrukturę – naziemną sieć kwantową opartą na światłowodach długości 2000 km, łączącą 32 węzły w głównych miastach, od Pekinu po Szanghaj. Inwestują również w kwantowe satelity. Pierwszy z nich, Micius, w 2017 r. ustanowił rekordowe kwantowe połączenie między Chinami a Austrią. Od strony naukowej za tamtym sukcesem stał prof. Juan Yin. Także teraz prowadził chiński zespół naukowców. Na czele uczonych z RPA, z Uniwersytetu Stellenbosch, stała z kolei fizyczka doświadczalna dr Yaseera Ismail. Całością kierował wspomniany prof. Jian-Wei Pan.
Jinan-1 został wystrzelony w 2022 roku. Chiny planują wysłać kolejne kilka satelitów kwantowych w tym i następnym roku. Inne kraje też mają podobne zamiary. Jeden z takich projektów, finansowany przez Europejską Agencję Kosmiczną, prowadzi francusko-włoskie konsorcjum Thales Alenia Space. Boeing pracuje nad kolejnym. Jak widać kwantowy internet stał się obiektem jeszcze jednego międzynarodowego wyścigu.
Przełomowy eksperyment został opisany w najnowszym wydaniu czasopisma naukowego „Nature”.
Źródło: Nature, nature.com, New Scientist, EurekAlert
Nasza autorka
Magdalena Salik
Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Autorka powieści z gatunku fantastyki naukowej, ostatnio wydała „Płomień” i „Wściek”.