Китайский квантовый спутник осуществляет революционную сверхзащищенную передачу данных с Южной Африкой
Первая квантовая спутниковая связь в Южном полушарии была установлена между китайским квантовым микроспутником «Цзинань-1» и южноафриканским университетом, что стало важной вехой в развитии высокозащищенной связи в эпоху квантовых компьютеров.
Китайские и южноафриканские ученые установили самую длинную в мире межконтинентальную сверхбезопасную квантовую спутниковую связь протяженностью 12 900 километров. Импульсы лазерного света передали два изображения — Великой китайской стены и южноафриканского кампуса Стелленбошского университета (СУ) - между Пекином и объектами СУ в окрестностях Кейптауна.
Квантовая безопасность
Спутниковая связь шифрует данные, генерируя квантовые ключи в режиме реального времени с помощью квантового распределения ключей (QKD). Китайские и южноафриканские ученые, продемонстрировавшие одноразовое использование квантового шифрования, утверждают, что оно не поддается взлому, обеспечивая чрезвычайно безопасную связь между Китаем и южноафриканскими наземными станциями. Команда, возглавляемая профессором Хуаном Йинь, разделена между южноафриканским Стелленбошским университетом и Университетом науки и техники Китая.
Манипулируя квантовой механикой, квантовые коммуникационные технологии предлагают новые уровни безопасности против даже очень продвинутых противников. QKD кодирует ключи с помощью одиночных фотонов в бинарных суперпозициях, которые невозможно перехватить, скопировать или измерить без изменений, уничтожающих сообщение. Их уникальная природа делает QKD лучшей мерой против опасений, что грядущие технологии квантовых компьютеров сделают существующие меры безопасности бесполезными.
Некоторые учреждения, такие как банки и правительства, уже используют QKD-шифрование в оптоволоконных сетях. К сожалению, кабели поглощают фотоны, что ограничивает их эффективное расстояние. Переход на эфирную передачу позволит передавать сообщения практически в любую точку планеты.
Квантовое лидерство Китая
Квантовый физик профессор Цзянь-Вей Пань возглавляет усилия Китая в области квантовой связи. В настоящее время в Китае насчитывается 2 000 километров наземных квантовых соединений между 32 узлами в крупных городах, таких как Пекин и Шанхай. В 2017 году профессор Хуан Инь возглавил первый в Китае успешный проект квантового спутника Micius, создав квантовую связь между Китаем и Австралией протяженностью 7 600 километров.
Новый спутник весит на десятую часть меньше и стоит почти в два раза дешевле Micius. Заменив специальные функции многоцелевыми приборами, например устройством, которое одновременно направляет луч и управляет ориентацией спутника, команда сэкономила огромное количество места на борту Jinan-1. Приемник также значительно улучшился, уменьшившись с 13 000 килограммов до портативного 100-килограммового устройства.
Южноафриканские квантовые достижения
Д-р Ясира Исмаил возглавлял команду из Стелленбоша в создании квантовой спутниковой связи. Другой исследователь из Стелленбоша, профессор Франческо Петруччионе, директор Национального института теоретических и вычислительных наук (NITheCS), разработал одну из первых в мире оптоволоконных сетей квантовой связи. Эта сеть, расположенная в Дурбане, будет поддерживать создаваемый в Стелленбоше Центр квантовой науки и технологии, поскольку Южная Африка инвестирует средства в ведущую роль в квантовой области.
Университет Стелленбоша идеально расположен для размещения такой наземной станции. Благодаря климату с низкой влажностью и обычно чистому небу южноафриканская станция сгенерировала 1,07 миллиона зашифрованных битов за один проход спутника.
«Эта успешная демонстрация квантовой спутниковой технологии прочно позиционирует Южную Африку как важного игрока в быстро развивающейся глобальной экосистеме квантовых технологий. Сотрудничество, подобное этому, ускоряет научные прорывы, наращивает местный опыт и позволяет воплотить передовые квантовые исследования в реальные технологические решения», — пояснил профессор Петруччионе.
Продолжение работы
Цзянь-Вей Пан возглавляет работу по запуску четырех микроспутников с коммерческим партнером China Telecom в 2026 году. В следующем году Канада также запустит спутник QKD - Quantum Encryption and Science Satellite. В настоящее время в мире реализуется около десятка проектов по созданию спутников QKD.
«Этот прорыв подчеркивает важность поддержки и инвестирования в фундаментальные науки, такие как квантовые компьютеры», — заключил профессор Сибусисо Мойо, заместитель проректора по научной работе, инновациям и аспирантуре СУ.
«Мы гордимся тем, что наши исследователи расширяют границы науки. Эта работа согласуется с планом СУ на 2040 год — стать ведущим африканским университетом с интенсивной исследовательской деятельностью, признанным за свое мастерство и продвижение знаний на благо общества», — добавил он.