중국 연구원들이 이전 시스템의 절반 질량으로 기능적인 QKD 터미널을 시연함으로써 우주-지상 양자 키 분배(QKD) 분야에서 중요한 이정표를 달성했습니다. Tiangong-2 우주 실험실을 타고 지구 궤도를 돌기 위해 새로운 터미널을 우주로 보낸 후, 허페이 국립 연구소 그리고 중국 과학 기술 대학교 (USTC)는 19년 23월 2018일부터 13년 2019월 15일까지 XNUMX번의 일련의 실험을 수행하여 XNUMX일 동안 위성과 지상의 XNUMX개 관측소 간에 양자 키를 성공적으로 전송했습니다.
다른 QKD 단말기와 마찬가지로 이 연구의 장치는 빛의 양자 동작에 의존하여 데이터를 보호하는 데 필요한 종류의 암호화 키를 생성합니다. USTC의 물리학자이자 이번 연구에 관한 논문의 공동 저자인 Jian-Wei Pan은 "QKD는 빛의 기본 단위인 단일 광자를 사용하여 멀리 떨어져 있는 두 사용자 간의 정보를 인코딩합니다."라고 설명합니다. Optica. 예를 들어 송신기는 수평, 수직, 선형 +45° 또는 선형 -45°와 같은 광자의 편광 상태에 대한 정보를 무작위로 인코딩할 수 있습니다. 수신기에서는 유사한 편광 상태 디코딩이 수행될 수 있으며 원시 키가 획득될 수 있습니다. 오류 수정 및 개인 정보 보호 강화를 거쳐 최종 보안 키를 추출할 수 있습니다.”
미래 지향적인 보안
슬림해진 새로운 QKD 단말기는 보안 요구 사항이 높은 사용자에게 희소식입니다. 전통적인 공개 키 암호화는 현재 최고의 암호화 수단 중 하나이지만 기존 컴퓨터는 합리적인 시간 내에 특정 문제를 해결할 수 없다는 사실에 의존합니다. 그러나 이러한 다루기 힘든 수학 함수는 해커가 기존 컴퓨터를 사용하는 경우에만 작동합니다. Pan이 지적했듯이, 미래의 양자 컴퓨터는 간단히 말해서 쇼어 알고리즘 현재 최고의 암호화 방법도 해독할 수 있습니다.
양자 컴퓨터가 기존 암호화를 깨뜨릴 수 있는 경우 가능한 해결책 중 하나는 해당하는 경우 양자 암호화를 대신 사용하는 것입니다. “QKD는 키 교환 문제에 대한 정보 보안 솔루션을 제공합니다.”라고 Pan은 말합니다. “양자 비복제 이론은 알려지지 않은 양자 상태를 안정적으로 복제할 수 없다는 것을 나타냅니다. 도청자가 QKD를 도청하려고 시도하면 필연적으로 양자 신호에 교란이 발생하고 QKD 사용자가 이를 감지하게 됩니다.”
폴 크위아트연구에 참여하지 않은 미국 일리노이 대학 어배너-샴페인 캠퍼스의 물리학자인 그는 QKD에 대한 모든 공격은 전송 시점에 이루어져야 한다고 덧붙였습니다. “이러한 의미에서 QKD는 때때로 '미래 보장'으로 설명됩니다. 일부 적이 지금으로부터 10년 후에 어떤 계산 능력을 개발하는지는 중요하지 않습니다(공개 키 암호화에 중요함). 중요한 것은 양자 키가 처음 배포될 때 도청자가 가질 수 있는 능력입니다.”라고 Kwiat는 말합니다. 양자통신 부문을 이끌고 있다 at 큐넥스트, 양자 정보 문제에 초점을 맞춘 연구 컨소시엄입니다.
일광 제한
이전 QKD 작업은 Micius 위성의 다른 장치를 사용하여 수행되었지만 최근 연구에서 연구원들은 QKD 페이로드를 제어 전자 장치, 광학 장치 및 망원경과 같은 다른 시스템과 통합하여 터미널의 질량을 줄일 수 있었습니다. 이는 중요한 진전이지만 허페이-USTC 팀원들은 아직 끝나지 않았습니다. 그들이 논문에서 언급한 한 가지 과제는 현재 낮에는 터미널을 실행할 수 없다는 것입니다. 햇빛의 산란으로 인해 밤에 진행된 실험에서 보이는 것보다 5~6배 더 많은 배경 소음이 발생하기 때문입니다. 즉, Pan과 그의 동료들은 일광 QKD 작동을 가능하게 하기 위해 파장 최적화, 스펙트럼 필터링, 공간 필터링과 같은 기술을 연구하고 있습니다.
장치 독립적인 QKD는 해킹할 수 없는 양자 인터넷을 더 가깝게 만듭니다.
Pan은 팀이 전 세계 사용자에게 서비스를 제공할 수 있는 글로벌 위성-지상 통합 양자 네트워크를 만드는 큰 계획을 가지고 있다고 말합니다. 이 작업이 성공하면 팀은 여러 개의 저궤도 위성, 중-고궤도 위성 및 지상 섬유 QKD 네트워크로 구성된 양자 위성 집합체 구축을 시작할 것입니다. "우리는 우리의 연구가 최적의 위성 별자리를 구성하는 방법에 대한 매력적인 연구 분야에 기여할 것이라고 생각합니다"라고 Pan은 말했습니다.
