Между китайским квантовым микроспутником «Цзинань-1» и южноафриканским университетом была налажена первая квантовая спутниковая связь в Южном полушарии, что знаменует собой важный этап в развитии высокозащищенной связи в условиях распространения квантовых компьютеров.
Ученые из Китая и Южной Африки совершили прорыв, организовав самую протяженную в мире межконтинентальную квантовую спутниковую линию связи, обеспечивающую сверхбезопасность, ее длина составляет 12 900 километров. С помощью импульсов лазерного излучения были переданы изображения Великой китайской стены и кампуса Стелленбошского университета, расположенного в окрестностях Кейптауна, между Пекином и объектами СУ.
Квантовая безопасность
Спутниковая связь использует шифрование данных, создавая квантовые ключи в реальном времени посредством квантового распределения ключей (QKD). Китайские и южноафриканские исследователи, продемонстрировавшие применение одноразового квантового шифрования, заявляют о его неуязвимости для взлома, что гарантирует исключительную безопасность связи между Китаем и наземными станциями ЮАР. Группа, руководимая профессором Хуаном Йинем, состоит из специалистов из Стелленбошского университета в Южной Африке и Университета науки и техники Китая.
Используя принципы квантовой механики, квантовые коммуникационные технологии обеспечивают повышенный уровень защиты от даже самых изощренных злоумышленников. QKD шифрует ключи, используя одиночные фотоны в бинарных суперпозициях, которые невозможно перехватить, скопировать или измерить без внесения изменений, приводящих к уничтожению передаваемой информации. Благодаря своим уникальным свойствам, QKD является наиболее эффективной защитой от опасений, связанных с тем, что будущие квантовые компьютеры сделают существующие системы безопасности неэффективными.
Банки и государственные структуры, среди прочих организаций, уже применяют квантовое распределение ключей (QKD) в оптоволоконных сетях. Однако оптические волокна поглощают фотоны, что снижает максимальное расстояние передачи. Использование беспроводной передачи данных позволит осуществлять связь практически в любую точку земного шара.
Квантовое лидерство Китая
Профессор Цзянь-Вей Пань, специалист в области квантовой физики, руководит китайской программой развития квантовой связи. На сегодняшний день в Китае развернута наземная квантовая сеть общей протяженностью 2 000 километров, объединяющая 32 узла в крупных городах, включая Пекин и Шанхай. В 2017 году профессор Хуан Инь успешно реализовал первый китайский квантовый спутник Micius, обеспечивший квантовую связь между Китаем и Австралией на расстоянии 7 600 километров.
Вес нового спутника на 90% меньше, а стоимость – почти вдвое ниже, чем у Micius. Использование многоцелевого оборудования вместо специализированных функций, такого как устройство, выполняющее одновременно функцию управления лучом и ориентации спутника, позволило существенно сэкономить полезный объем на борту Jinan-1. Кроме того, приемник был модернизирован: его масса сократилась с 13 000 килограммов до компактного 100-килограммового модуля.
Южноафриканские квантовые достижения
Д-р Ясира Исмаил руководил командой исследователей из Стелленбоша, работавших над созданием квантовой спутниковой связи. Профессор Франческо Петруччионе, директор Национального института теоретических и вычислительных наук (NITheCS), также из Стелленбоша, разработал одну из первых в мире оптоволоконных сетей квантовой связи. Эта сеть, находящаяся в Дурбане, будет служить основой для развиваемого в Стелленбоше Центра квантовой науки и технологии, поскольку Южная Африка направляет инвестиции в укрепление своих позиций в сфере квантовых технологий.
Университет Стелленбоша обладает оптимальным расположением для размещения наземной станции. Благоприятный климат с низкой влажностью и ясное небо позволили южноафриканской станции получить 1,07 миллиона зашифрованных битов данных за один проход спутника.
«Успешная демонстрация квантовой спутниковой технологии укрепляет позиции Южной Африки как значимого участника в динамично развивающейся мировой индустрии квантовых технологий. Подобные совместные проекты способствуют ускорению научных открытий, развитию местного опыта и внедрению передовых квантовых исследований в практические технологические решения », — пояснил профессор Петруччионе.
Продолжение работы
Цзянь-Вей Пан руководит проектом по запуску четырех микроспутников совместно с China Telecom, запланированным на 2026 год. В следующем году Канада также планирует вывести на орбиту спутник QKD – Quantum Encryption and Science Satellite. На данный момент в мире реализуется около десятка проектов, направленных на создание спутников QKD.
«Данное достижение акцентирует необходимость поддержки и инвестиций в базовые научные исследования, например, в области квантовых вычислений », — резюмировал профессор Сибусисо Мойо, заместитель проректора СУ по научной деятельности, инновациям и работе с аспирантами.
«Наши исследователи совершают важный вклад в развитие науки, и мы этим гордимся. Эта деятельность соответствует плану стратегического развития университета на 2040 год, согласно которому университет должен стать ведущим в Африке, ориентированным на исследования, и получить признание за свой опыт и вклад в развитие знаний для общества », — добавил он.