В результате этого исследования NICT продемонстрировал, что спутниковая квантовая связь может быть реализована с помощью небольших недорогих спутников, что позволяет многим исследовательским учреждениям и компаниям использовать эту ключевую технологию. Это достижение, открывающее новую страницу в развитии будущих глобальных сетей связи, являющееся большим толчком для космической отрасли.Результаты этого исследования были приняты к публикации в рецензируемом журнале Nature Photonics.Фон
Технологии, необходимые для запуска малых спутников по невысокой цене, за это столетие значительно продвинулись вперед, и прилагаются значительные усилия для создания спутниковых группировок для создания глобальной сети связи, покрывающей всю Землю. Однако существует потребность в технологии, которая может передавать большие объемы информации из космоса на землю за короткие периоды времени, а текущие радиочастотные диапазоны уже перегружены, что создает узкое место в пропускной способности связи. При использовании лазеров спутниковая оптическая связь имеет легко доступный диапазон частот и может передавать с более высокой энергоэффективностью и с меньшими и более легкими терминалами. Таким образом, ожидается, что это будет ключевая технология для поддержки будущих сетей спутниковой связи.
Квантовая связь, а точнее, квантовое распределение ключей (QKD) — еще одна ключевая технология, гарантирующая информационную безопасность следующих глобальных сетей связи. Существующие линии QKD ограничены несколькими сотнями км, поэтому внедрение QKD «спутник-земля» является фундаментальным шагом в этом направлении. Исследования QKD активно проводятся в Японии, Китае, Европе, Канаде и США.
В августе 2016 года Университет науки и технологий Китая запустил большой (635 кг) спутник квантовой связи и провел эксперимент по квантовой запутанности с двумя наземными станциями.Достигнутый результатSOTA — это самый маленький и легкий в мире передатчик квантовой связи (вес 6 кг, длина 17,8 см, ширина 11,4 см и высота 26,8 см), установленный на микроспутнике SOCRATES.
SOTA передала на землю два состояния поляризации, кодирующие "0" и "1", со скоростью 10 миллионов бит в секунду. Сигналы от SOTA были получены на оптической наземной станции NICT в токийском городе Коганей с использованием 1-метрового телескопа для сбора переданных фотонов и направления их на квантовый приемник для декодирования информации с использованием протокола QKD.Сигнал, поступающий на 1-м телескоп, чрезвычайно слаб, в среднем 0,1 фотона на принятый импульс. NICT разработала технологию для выполнения временной синхронизации и согласования поляризационных опорных кадров между спутником и наземной станцией непосредственно на основе сигналов QKD, а также квантовый приемник, способный обнаруживать такой слабый сигнал с низким уровнем шума.
Мы продемонстрировали первую в мире квантовую связь с 50-килограммового микроспутника. Это позволит в будущем разрабатывать безопасные каналы связи из космоса с использованием квантовой криптографии для полного предотвращения утечки информации.Будущие перспективыТехнология, разработанная в этом проекте, продемонстрировала, что спутниковая квантовая связь может быть реализована с использованием недорогих легких микроспутников.
Поэтому ожидается, что многие исследовательские институты и компании, заинтересованные в этой технологии, ускорят практическое применение квантовой связи из космоса. Кроме того, поскольку было доказано, что связь на большие расстояния возможна при очень низком энергопотреблении, это откроет путь для ускорения оптической связи в дальнем космосе с исследовательскими космическими кораблями.
В будущем мы планируем еще больше увеличить скорость передачи и повысить точность технологии отслеживания, чтобы максимизировать безопасную доставку ключей из космоса на землю с помощью квантовой криптографии, обеспечивающей действительно безопасную глобальную сеть связи, конфиденциальность которой в настоящее время находится под угрозой грядущее развитие квантовых компьютеров.