Новое исследование доказывает, что глобальная квантовая связь возможна

Исследователи из Италии продемонстрировали возможность квантовой связи между высокоорбитальными глобальными навигационными спутниками и наземной станцией с обменом на уровне одного фотона на расстоянии 20 000 км.

Важный эксперимент доказывает возможность безопасной квантовой связи в глобальном масштабе с использованием Глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS). Об этом сообщается в журнале Quantum Science and Technology.

Доктор Джузеппе Валлоне из Университета Падуи сказал: «Спутниковые технологии обеспечивают широкий спектр гражданских, научных и военных применений, таких как связь, навигация и синхронизация, дистанционное зондирование, метеорология, разведка, поиск и спасание, исследование космоса и астрономия».

«Ядром этих систем является безопасная передача информации и данных с орбитальных спутников на наземные станции на Земле. Поэтому защита этих каналов от злонамеренного противника имеет решающее значение как для военных, так и для гражданских операций».

«Космическая квантовая связь (QC) представляет собой многообещающий способ гарантировать безусловную безопасность для спутниковых наземных и межспутниковых оптических линий, используя протоколы квантовой информации в качестве распределения квантовых ключей (QKD)».

Со-ведущий автор исследования, профессор Паоло Виллорези сказал: «В нашем эксперименте использовались пассивные светоотражатели, установленные на спутниках. Оценивая фактические потери канала, мы можем оценить характеристики как выделенной квантовой полезной нагрузки, так и приемной наземной станции».

«Наши результаты подтверждают выполнимость контроля качества от GNSS с точки зрения достижимого отношения сигнал / шум и скорости обнаружения. Наша работа расширяет границы обмена одиночными фотонами в свободном пространстве на большие расстояния. Максимальная длина канала, продемонстрированная ранее, составляла около 7000 км, в эксперименте, о котором мы сообщили в 2016 году».

Хотя спутники на высокой орбите представляют собой большую технологическую проблему из-за потерь в оптических каналах, профессор Виллорези объяснил, почему команда сосредоточилась на высокоорбитальных спутниках в своем исследовании.

Он сказал: «Высокая орбитальная скорость спутников на низкой околоземной орбите (LEO) очень эффективна для глобального охвата, но ограничивает периоды их видимости с одной наземной станции. Напротив, использование спутников на более высоких орбитах может увеличить время связи, достигая несколько часов в случае GNSS».

«QC также может предложить интересные решения для обеспечения безопасности GNSS как для спутниковых, так и для межспутниковых линий связи, которые могут обеспечить новые и безусловно безопасные протоколы для аутентификации, целостности и конфиденциальности обмениваемых сигналов».

Luca Calderaro et al, Towards quantum communication from global navigation satellite system, Quantum Science and Technology (2018). DOI: 10.1088/2058-9565/aaefd4