Med hjälp av "Mo-Ji"-satelliten kopplade fysiker från Kina, Singapore och Storbritannien städerna Nanshan och Delingha med den längsta fullfjädrade kvantkommunikationslinjen skyddad från hackning.
"Med hjälp av en kommunikationssatellit gjorde vi ett kvantnyckelutbyte mellan två markstationer som ligger 1120 0,12 km från varandra. Detta möjliggjordes av att vi ökade överföringseffektiviteten för intrasslade fotoner med en faktor på cirka fyra och uppnådde en hastighet på XNUMX bitar per sekund”, skriver forskarna.
Ett av huvudproblemen i driften av moderna kvantkommunikationssystem är att ljus gradvis "bleknar" när det rör sig genom en optisk fiber. Därför, när man använder markbundna dataöverföringssystem, är avståndet mellan kvantnätets noder nu bara några hundra kilometer.
Fysiker försöker lösa detta problem på två sätt. Å ena sidan kan det kringgås med hjälp av så kallade repeaters av kvantsignaler – enheter som kan läsa kvantsignalerna som kommer in i dem, förstärka dem och skicka dem till adressaten, utan att kränka dataintegriteten.
Å andra sidan är det möjligt att öka räckvidden för överföring av kvantinformation genom att utbyta data inte genom markbundna fiberoptiska kablar, utan genom kommunikationssatelliter. Framför allt, redan i september 2016, lanserade kinesiska forskare under ledning av professorn Jian-Wei Pan från Shanghai University en liknande enhet - Mo-Tzi orbitalsonden. Dessutom använde de det framgångsrikt för de första "interkontinentala" kvantinformationsöverföringssessionerna.
Dessa experiment, som noterades av Pan och hans kollegor, visade att krypterad data kan överföras på ett liknande sätt. Antalet överförda fotoner var dock inte tillräckligt för att helt kryptera anslutningen inom standardprotokollen för markbundna kommunikationslinjer.
Detta beror på det faktum att "Mo-Tzi" förblir i "synfältet" på markstationer under en ganska kort tid. Under denna tid måste du ha tid att överföra hela nyckeln för att kryptera data som kommer att gå via fasta linjer. Detta kan uppnås på två sätt - att öka effektiviteten hos det redan befintliga systemet för att detektera intrasslade fotoner, eller att göra deras källa mer kraftfull.
Pan och hans kollegor tog den första vägen, ökade känsligheten hos markbaserade teleskop som fungerar som mottagare av kosmiska kvantsignaler, samt utvecklade nya optiska och mekaniska komponenter som gör att dessa instrument kan rikta in sig på Mo-Tzu mer exakt och fånga mer intrasslade ljuspartiklar.
Med hjälp av dessa teleskop skapade fysiker en permanent kommunikationskanal som förband de kinesiska städerna Nanshan och Delingha, belägna på ett avstånd av 1120 285 km från varandra. Den kan sända en fullständig nyckel för datakryptering inom en kort kommunikationssession med satelliten, som inte varar mer än XNUMX sekunder. Under denna tid kan "Mo-Ji" ses samtidigt i Nanshan och Delinghe.
Således, som påpekats av Pan och hans kollegor, slog forskare alla befintliga "markrekord" för avståndet för överföring av kvantnycklar. Tidigare uppnådde fysiker detta endast på avstånd av cirka hundra kilometer, medan "Mo-Tzu" kunde öka denna prestation tiofaldigt.
Men än så länge är dataöverföringshastigheten extremt låg - en byte med information överförs i ungefär en och en halv minut. Forskare tror att de kommer att kunna påskynda sändningen av kvantnycklar hundratals gånger om de ökar kraften hos sändaren ombord på "Mo-Tzu" med två storleksordningar. Det har de redan gjort under andra satellitexperiment.
Om denna idé lyckas hoppas fysiker att den kommer att förvandla "Mo-Tzu" från experimentella kvantsatelliter till en kategori av kommunikationssystem som i praktiken kan användas för att skapa ett slags kosmiskt kvantinternet.
Läs också: