محققان چینی با نمایش یک پایانه عملکردی QKD با جرمی نصف یک سیستم قبلی، به نقطه عطف مهمی در توزیع کلید کوانتومی فضا به زمین (QKD) دست یافته‌اند. پس از ارسال ترمینال جدید به فضا برای چرخش به دور زمین در آزمایشگاه فضایی Tiangong-2، دانشمندان در آزمایشگاه ملی هفی و دانشگاه علم و فناوری چین (USTC) مجموعه ای از 19 آزمایش را بین 23 اکتبر 2018 و 13 فوریه 2019 انجام داد که با موفقیت کلیدهای کوانتومی را بین ماهواره و چهار ایستگاه روی زمین در 15 روز جداگانه ارسال کرد.
مانند سایر پایانه‌های QKD، دستگاه در این مطالعه بر رفتار کوانتومی نور برای ایجاد انواع کلیدهای رمزگذاری مورد نیاز برای محافظت از داده‌ها متکی است. Jian-Wei Pan، فیزیکدان در USTC و یکی از نویسندگان مقاله در مورد این تحقیق توضیح می دهد: "QKD از واحد اساسی نور - فوتون های منفرد - برای رمزگذاری اطلاعات بین دو کاربر دور استفاده می کند." اپتیکا. به عنوان مثال، فرستنده می تواند به طور تصادفی اطلاعات مربوط به حالت های قطبش فوتون ها مانند افقی، عمودی، خطی +45 درجه یا خطی -45 درجه را رمزگذاری کند. در گیرنده، رمزگشایی حالت قطبش مشابه را می توان انجام داد و کلیدهای خام را می توان به دست آورد. پس از تصحیح خطا و تقویت حریم خصوصی، کلیدهای امن نهایی را می توان استخراج کرد.
امنیت ضد آینده
ترمینال جدید باریک QKD خبر خوبی برای کاربرانی است که نیازهای امنیتی بالایی دارند. اگرچه رمزنگاری با کلید عمومی سنتی در حال حاضر یکی از بهترین ابزارهای رمزگذاری است، اما بر این واقعیت تکیه دارد که رایانه های کلاسیک به سادگی نمی توانند مشکلات خاصی را در مدت زمان معقول حل کنند. با این حال، این توابع ریاضی غیرقابل حل فقط در صورتی کار می کنند که هکر از یک کامپیوتر کلاسیک استفاده کند. همانطور که پان اشاره می کند، یک کامپیوتر کوانتومی در آینده به سادگی می تواند استفاده کند الگوریتم شور را برای شکستن حتی بهترین روش های رمزنگاری فعلی.
اگر کامپیوترهای کوانتومی بتوانند رمزگذاری کلاسیک را بشکنند، یک راه حل ممکن استفاده از رمزگذاری کوانتومی به جای آن در صورت امکان است. پان می‌گوید: «QKD یک راه‌حل امن اطلاعاتی برای مشکل تبادل کلید ارائه می‌کند. قضیه کوانتومی بدون شبیه‌سازی حکم می‌کند که یک حالت کوانتومی ناشناخته را نمی‌توان به طور قابل اعتماد شبیه‌سازی کرد. اگر استراق سمع سعی کند در QKD استراق سمع کند، به طور اجتناب ناپذیری اختلالی در سیگنال های کوانتومی ایجاد می کند که سپس توسط کاربران QKD شناسایی می شود.
پل کویتیک فیزیکدان در دانشگاه ایلینوی در Urbana-Champaign، ایالات متحده، که در این تحقیق شرکت نداشت، اضافه می کند که هرگونه حمله به QKD باید در زمان انتقال انجام شود. "از این نظر، QKD گاهی اوقات به عنوان "اثبات آینده" توصیف می شود - مهم نیست که قدرت محاسباتی برخی از دشمنان 10 سال آینده (که برای رمزنگاری کلید عمومی مهم است) چه قدرت محاسباتی ایجاد می کند. تنها چیزی که اهمیت دارد توانایی‌هایی است که یک استراق سمع هنگام توزیع کلید کوانتومی در ابتدا دارد.» بخش ارتباطات کوانتومی را رهبری می کند at Q-NEXTیک کنسرسیوم تحقیقاتی با تمرکز بر چالش های اطلاعات کوانتومی.
محدودیت نور روز
در حالی که کار قبلی QKD با دستگاه دیگری بر روی ماهواره Micius انجام شده بود، در آخرین مطالعه محققان توانستند با ادغام محموله QKD با سایر سیستم‌ها مانند الکترونیک کنترل، اپتیک و تلسکوپ، جرم ترمینال را کاهش دهند. این یک گام بزرگ به جلو است، اما اعضای تیم Hefei-USTC تمام نشده اند. یکی از چالش هایی که آنها در مقاله خود به آن اشاره می کنند این است که در حال حاضر نمی توانند ترمینال را در طول روز اجرا کنند. این به این دلیل است که پراکندگی نور خورشید صدای پس زمینه ای ایجاد می کند که قدری پنج تا شش مرتبه بیشتر از آن چیزی است که در آزمایش های انجام شده در شب دیده می شود. پان و همکارانش بر روی فناوری هایی مانند بهینه سازی طول موج، فیلتر طیفی و فیلتر فضایی کار می کنند تا عملکرد QKD در نور روز را فعال کنند.
QKD مستقل از دستگاه، اینترنت کوانتومی غیرقابل هک را نزدیک‌تر می‌کند
پان بیان می‌کند که تیم برنامه‌های بزرگی دارد که امیدواریم با ایجاد یک شبکه جهانی کوانتومی یکپارچه ماهواره‌ای-زمینی به اوج خود برسد که بتواند خدماتی را به کاربران در سراسر جهان ارائه دهد. پس از موفقیت این کار، تیم شروع به ساخت یک صورت فلکی ماهواره کوانتومی متشکل از چندین ماهواره مدار پایین، یک ماهواره مدار متوسط به بالا و شبکه های فیبر زمینی QKD خواهد کرد. پان می‌گوید: «ما فکر می‌کنیم کار ما به یک حوزه تحقیقاتی جذاب در مورد چگونگی ساخت صورت فلکی ماهواره‌ای بهینه کمک می‌کند.
