Исследовательская группа Университета науки и технологий Китая и их сотрудники впервые в мире осуществили распределение квантовых ключей «спутник-земля» между квантовыми микро-наноспутниками и миниатюрными и мобильными наземными станциями, а также реализовали обмен ключами и ретрансляцию данных между Китаем и Южной Африкой, которые находятся на расстоянии более 12 900 километров друг от друга.20 марта международный академический журнал Nature опубликовал в Интернете соответствующие результаты исследования.

Стелленбошский университет в Южной Африке реализует первую в Южном полушарии квантовую спутниковую связь. Микроспутник Цзинань-1 был выведен на низкую околоземную орбиту и передал ключи безопасности через портативную наземную станцию, установленную на крыше инженерного корпуса Стелленбошского университета. Эксперимент проведут в октябре 2024 года. Источник изображения: IgnusDreyer.

Квантовая безопасная связь, основанная на квантовом распределении ключей, на данный момент является единственным методом связи, который может обеспечить «доказуемую теорией информации» безопасность. В настоящее время междугородная квантовая связь между городами на основе волоконно-оптических линий созрела и начала применяться. Чтобы достичь дальней и даже глобальной квантово-безопасной связи, необходимо преодолеть присущие потери оптического волокна и трудности глобального покрытия.

Исследователи из Университета науки и технологий Китая, в том числе Пан Цзяньвэй, Пэн Чэнчжи и Ляо Шэнкай, сотрудничали с рядом научно-исследовательских институтов для решения ключевых проблем и провели серию новаторских исследований в области квантовой связи между спутником и землей. Например, если говорить о «звездах», то она совершила прорыв в ряде ключевых технологий и разработала первый в мире квантовый микро-наноспутник «Цзинань-1»; что касается «наземных целей», компания разработала миниатюрную систему наземных станций, значительно уменьшив ее вес для облегчения быстрого развертывания.

Доктор Ясира Исмаил, квантовый физик с факультета физики Стелленбошского университета в Южной Африке, возглавил южноафриканскую команду над проектом. Источник изображения: СтефанЭлс

В этой исследовательской работе квантовые микро-наноспутники установили оптические связи с наземными оптическими станциями, такими как Цзинань, Хэфэй, Пекин и Стелленбош, Южная Африка, для проведения экспериментов по распределению квантовых ключей между спутником и землей в реальном времени. Космический источник света в состоянии квантовой ловушки отправляет в среднем 250 миллионов сигнальных фотонов в секунду в сочетании с оптической связью по восходящей и нисходящей линии связи для достижения извлечения ключей в реальном времени; Используя спутники в качестве надежных ретрансляторов, исследовательская группа реализовала обмен ключами и ретрансляцию данных между наземной станцией в Пекине и станцией Стелленбош в Южной Африке.

Эта исследовательская работа закладывает прочную основу для будущего запуска нескольких микро-наноспутников для создания «квантового созвездия». Он не только обеспечивает ключевую техническую поддержку для построения крупномасштабных практических сетей квантовой связи, но и открывает новый путь развития для глобального развертывания квантового Интернета.

Рецензент журнала «Nature» считает, что это достижение «демонстрирует зрелость технологии спутникового квантового распределения ключей и представляет собой важную веху в реализации квантовых и классических группировок спутников связи».