Die Studie beweist die Durchführbarkeit der Quanten-Satellitenkommunikation

Studie beweist: Dieser Fehler sorgt dafür, dass du nicht besser wirst (Juni 2019).

Anonim

Forscher in Kanada haben einen bedeutenden Schritt in Richtung sicherer Quantenkommunikation über bewegliche Satelliten getan, wie von der kanadischen Regierung im April 2017 angekündigt.

Ihre Studie, die heute in der neuen Zeitschrift Quantum Science and Technology veröffentlicht wurde, demonstriert die ersten Quantenschlüssel-Verteilungsübertragungen von einem Boden-Sender zu einer Quanten-Nutzlast auf einem sich bewegenden Flugzeug.

Um sicherzustellen, dass die Tests einen wertvollen Beweis für die erwartete Satellitenmission lieferten, entwarf das Team des Institute for Quantum Computing (IQC) und der Abteilung für Physik und Astronomie der University of Waterloo, Ontario, ihren Prototyp - Empfänger aus Komponenten, die mit die Größe und die Einschränkungen der Betriebsumgebung eines Mikrosatelliten.

Hauptautor Christopher Pugh, sagte: "Quantum Key Distribution (QKD) etabliert kryptografische Schlüssel zwischen zwei entfernten Parteien in einer Weise, die kryptanalytisch unzerbrechlich ist. Bodenbasierte QKD-Systeme verwenden optische Faserverbindungen und sind auf Entfernungen von einigen hundert Kilometern beschränkt Absorptionsverluste, die mit zunehmender Entfernung exponentiell schlechter werden. "

"Es konnte gezeigt werden, dass Freiraumverbindungen sowohl in stationären als auch in bewegten Tests über dem Boden mit variierenden Abständen arbeiten. Aber trotz der Verluste durch geometrische Effekte, die quadratisch mit der Entfernung skalieren, zusätzlich atmosphärische Absorption und Turbulenz und die Notwendigkeit einer klaren Sichtlinie mittlere terrestrische Freiraumübertragungen sind ebenfalls auf einige hundert Kilometer beschränkt. Satellitengestützte Systeme erweitern die Quantenkommunikation auf globaler Ebene. "

Um ihr System zu testen, verwendete das Team das Twin Otter-Flugzeug des National Research Council, um 14 Pässe über ihre Bodensende-Station in verschiedenen Entfernungen durchzuführen, eine Quantensignalverbindung für sieben Durchgänge und eine geheime Schlüsselextraktion für sechs der sieben erfolgreiche Pässe.

"Dies ist ein äußerst wichtiger Schritt, der fast acht Jahre der Vorbereitung in Anspruch nahm. Er zeigt schließlich, dass unsere Technologie lebensfähig ist", sagte der leitende Wissenschaftler Professor Thomas Jennewein.

"Wir haben optische Verbindungen mit ähnlichen Winkelgeschwindigkeiten wie bei Satelliten mit niedriger Erdumlaufbahn erreicht, und bei einigen Durchgängen des Flugzeugs über die Bodenstation wurden Verbindungen innerhalb von 10 Sekunden nach Positionsdatenübertragung hergestellt. Wir sahen Verbindungszeiten von einigen Minuten und empfangene Quantenbitfehlerraten typischerweise zwischen drei und fünf Prozent, wodurch sichere Schlüssel mit einer Länge von bis zu 868 kb erzeugt werden.

"Wir haben das Konzept unter Beweis gestellt, und unsere Ergebnisse liefern einen Plan für künftige Satellitenmissionen, auf den wir aufbauen könnten, gerade rechtzeitig zur Ankündigung einer Quanten-Satelliten-Mission der kanadischen Regierung", sagte Jennewein.

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