Met behulp van de "Mo-Ji" -satelliet hebben natuurkundigen uit China, Singapore en Groot-Brittannië de steden Nanshan en Delingha verbonden met de langste volwaardige kwantumcommunicatielijn die is beschermd tegen hacking.
"Met behulp van een communicatiesatelliet hebben we een kwantumsleutel uitgewisseld tussen twee grondstations die 1120 km van elkaar verwijderd zijn. Dit werd mogelijk gemaakt door het feit dat we de transmissie-efficiëntie van verstrengelde fotonen met ongeveer een factor vier verhoogden en een snelheid van 0,12 bits per seconde bereikten”, schrijven de onderzoekers.
Een van de belangrijkste problemen bij de werking van moderne kwantumcommunicatiesystemen is dat licht geleidelijk "vervaagt" wanneer het door een optische vezel beweegt. Daarom is de afstand tussen kwantumnetwerkknooppunten nu slechts een paar honderd kilometer bij gebruik van terrestrische datatransmissiesystemen.
Natuurkundigen proberen dit probleem op twee manieren op te lossen. Aan de ene kant kan het worden omzeild met behulp van zogenaamde repeaters van kwantumsignalen - apparaten die de kwantumsignalen die ze binnenkomen kunnen lezen, versterken en naar de geadresseerde sturen, zonder de integriteit van de gegevens te schenden.
Aan de andere kant is het mogelijk om het transmissiebereik van kwantuminformatie te vergroten door gegevens niet via terrestrische glasvezelkabels uit te wisselen, maar via communicatiesatellieten. Met name in september 2016 lanceerden Chinese wetenschappers onder leiding van professor Jian-Wei Pan van de Universiteit van Shanghai een soortgelijk apparaat: de Mo-Tzi orbitale sonde. Bovendien hebben ze het met succes gebruikt voor de eerste "intercontinentale" kwantuminformatieoverdrachtssessies.
Deze experimenten, zoals opgemerkt door Pan en zijn collega's, toonden aan dat versleutelde gegevens op een vergelijkbare manier kunnen worden verzonden. Het aantal verzonden fotonen was echter niet voldoende om de verbinding volledig te versleutelen binnen de standaardprotocollen van terrestrische communicatielijnen.
Dit komt door het feit dat "Mo-Tzi" vrij kort in het "gezichtsveld" van grondstations blijft. Gedurende deze tijd moet u de tijd hebben om de volledige sleutel over te dragen voor het coderen van gegevens die via vaste lijnen gaan. Dit kan op twee manieren worden bereikt - om de efficiëntie van het reeds bestaande systeem voor het detecteren van verstrengelde fotonen te vergroten, of om hun bron krachtiger te maken.
Pan en zijn collega's namen de eerste route, waarbij ze de gevoeligheid van telescopen op de grond verhoogden die fungeren als ontvangers van kosmische kwantumsignalen, en nieuwe optische en mechanische componenten ontwikkelden waarmee deze instrumenten Mo-Tzu nauwkeuriger konden richten en meer verstrengelde beelden konden vastleggen. deeltjes licht.
Met behulp van deze telescopen creëerden natuurkundigen een permanent communicatiekanaal dat de Chinese steden Nanshan en Delingha, gelegen op een afstand van 1120 km van elkaar, met elkaar verbond. Het kan een volledige sleutel voor gegevenscodering verzenden binnen een korte communicatiesessie met de satelliet, die niet langer duurt dan 285 seconden. Gedurende deze tijd is "Mo-Ji" gelijktijdig te zien in Nanshan en Delinghe.
Dus, zoals opgemerkt door Pan en zijn collega's, braken wetenschappers alle bestaande "grond" -records voor de afstand van transmissie van kwantumsleutels. In het verleden bereikten natuurkundigen dit alleen op afstanden van ongeveer honderd kilometer, terwijl "Mo-Tzu" deze prestatie vertienvoudigde.
Tot nu toe is de snelheid van de gegevensoverdracht echter extreem laag - één byte aan informatie wordt ongeveer anderhalve minuut overgedragen. Wetenschappers geloven dat ze het verzenden van kwantumsleutels honderden keren kunnen versnellen als ze het vermogen van de zender aan boord van "Mo-Tzu" met twee ordes van grootte vergroten. Dat hebben ze al gedaan tijdens andere satellietexperimenten.
Als dit idee slaagt, hopen natuurkundigen dat het "Mo-Tzu" van experimentele kwantumsatellieten zal transformeren in een categorie communicatiesystemen die in de praktijk kunnen worden gebruikt om een soort kosmisch kwantuminternet te creëren.
Lees ook: