中国の研究者は、以前のシステムの半分の質量で機能する QKD 端末を実証することにより、宇宙から地上への量子鍵配送 (QKD) における主要なマイルストーンを達成しました。 新しいターミナルを宇宙に送り、Tiangong-2 宇宙実験室に乗って地球を周回した後、科学者は 合肥国立研究所 と 中国科学技術大学 (USTC) は、19 年 23 月 2018 日から 13 年 2019 月 15 日までの間に一連の XNUMX の実験を実施し、衛星と地上の XNUMX つのステーションとの間で量子鍵を XNUMX 日間別々に送信することに成功しました。
他の QKD 端末と同様に、この研究のデバイスは光の量子挙動に依存して、データを保護するために必要な種類の暗号化キーを作成します。 「QKD は、光の基本単位である単一光子を使用して、離れた XNUMX 人のユーザー間の情報をエンコードします」と、USTC の物理学者であり、XNUMX 年に研究に関する論文の共著者である Jian-Wei Pan は説明します。 オプティカ. 「たとえば、送信機は、水平、垂直、線形 +45°、線形 –45°など、光子の偏光状態に関する情報をランダムにエンコードできます。 受信機では、同様の偏波状態のデコードを実行でき、生のキーを取得できます。 エラー修正とプライバシー強化の後、最終的な安全なキーを抽出できます。」
将来性のあるセキュリティ
新しいスリム化された QKD 端末は、高度なセキュリティ要件を持つユーザーにとって朗報です。 従来の公開鍵暗号化は現在、暗号化の最良の手段の XNUMX つですが、従来のコンピューターでは特定の問題を妥当な時間内に解決できないという事実に依存しています。 ただし、これらの扱いにくい数学関数は、ハッカーが従来のコンピューターを使用している場合にのみ機能します。 パンが指摘するように、将来の量子コンピューターは単純に ショアのアルゴリズム 現在の最高の暗号化方法でさえクラックできます。
量子コンピューターが従来の暗号化を破ることができる場合、可能な解決策の XNUMX つは、代わりに量子暗号化を使用することです (該当する場合)。 「QKD は、鍵交換の問題に対する情報を保護するソリューションを提供します」と Pan 氏は言います。 「量子複製禁止定理は、未知の量子状態を確実に複製できないことを示しています。 盗聴者が QKD で盗聴を試みた場合、量子信号に妨害を加えることは避けられず、QKD ユーザーによって検出されます。」
ポール・クウィアット米国イリノイ大学アーバナ シャンペーン校の物理学者で、この研究には関与していませんが、QKD への攻撃は送信時に行う必要があると付け加えています。 「この意味で、QKD は「将来の証明」と表現されることがあります。敵対者が 10 年後にどのような計算能力を開発するかは問題ではありません (これは公開鍵暗号にとって重要です)。 重要なのは、量子鍵が最初に配布されたときに盗聴者が持つ能力だけです」とクウィアットは言います。 量子通信部門を率いる at Q-次へ、量子情報の課題に焦点を当てた研究コンソーシアム。
昼光制限
以前の QKD 作業は Micius 衛星の別のデバイスで実施されていましたが、最新の研究では、研究者は QKD ペイロードを制御電子機器、光学系、望遠鏡などの他のシステムと統合することで端末の質量を減らすことができました。 これは大きな前進ですが、合肥-USTC チームのメンバーはまだ終わっていません。 彼らが論文で言及している課題の XNUMX つは、現在、日中はターミナルを実行できないことです。 これは、太陽光の散乱により、夜間に行われた実験で見られるものよりも XNUMX ～ XNUMX 桁も大きいバックグラウンド ノイズが発生するためです。 とはいえ、パンと彼の同僚は、波長の最適化、スペクトル フィルタリング、空間フィルタリングなどの技術に取り組んでおり、昼光 QKD 動作を可能にしています。
デバイスに依存しない QKD により、ハッキング不可能な量子インターネットがさらに身近に
パン氏は、チームには大きな計画があり、うまくいけば、世界中のユーザーにサービスを提供できる、衛星と地上を統合したグローバルな量子ネットワークの作成に到達すると述べています。 この作業の成功に続いて、チームは、いくつかの低軌道衛星、中高軌道衛星、および地上ファイバー QKD ネットワークで構成される量子衛星コンステレーションの構築を開始します。 「私たちの研究は、最適な衛星コンステレーションを構築する方法に関する魅力的な研究分野に貢献すると考えています」とパンは言います。
