Chińscy naukowcy stworzyli pierwszą na świecie zintegrowaną kwantową sieć komunikacyjną, łączącą ponad 700 kabli światłowodowych na Ziemi z dwoma satelitami. Całość ma długość ponad 4600 km i łączy użytkowników od Pekinu po Szanghaj. To największa taka sieć na świecie i ważny krok w dziedzinie bezpieczeństwa danych.
Jianwei Pan, Yuao Chen i Chengzhi Peng z Uniwersytetu Nauki i Technologii w Hefei ogłosili wyniki swoich prac w „Nature”. Dają one nadzieję na globalne, praktyczne zastosowania podobnych technologii komunikacyjnych w przyszłości.
Na czym polega kwantowa komunikacja? Wykorzystuje ona sygnały kwantowe do przesyłania danych, co czyni je praktycznie niemożliwymi do wykradzenia. Rozwiązuje to jeden z największych problemów współczesnego internetu, jakim jest jego podatność na ataki hakerów, czyli brak bezpieczeństwa danych.
Fizyka kwantowa zna pojęcie „splątania” cząstek. W dużym uproszczeniu można powiedzieć, że dwie cząstki pozostają ze sobą w połączeniu tak silnym, że zawsze mają bliźniaczą postać. Próba manipulacji przy jednej z nich natychmiast zmienia także drugą cząstkę, niezależnie od tego gdzie ta się znajduje. Takie połączenie sprawia, że ewentualny atak hakerów jest niemożliwy, bowiem byłby od razu wyłapywany a atakowany sygnał ulegałby dezintegracji.
Rdzeniem komunikacji kwantowej jest kwantowa dystrybucja klucza (QKD), która wykorzystuje stany kwantowe cząstek do utworzenia ciągu zer i jedynek. Każda próba podsłuchu pomiędzy nadawcą a odbiorcą zmieni ten ciąg (klucz) i zostanie natychmiast zauważona. W przeciwieństwie do konwencjonalnego szyfrowania danych (np. technologii blockchain), komunikacja kwantowa jest uważana za całkowicie bezpieczną. Ma posłużyć do transferu informacji bankowych, wojskowych, rządowych czy mających kluczowe znaczenie infrastrukturalne.
Jednak technologia QKD ma spore ograniczenia, szczególnie jeśli chodzi o zasięg. Dotychczas przy wykorzystaniu światłowodów umożliwiała ona transmisję danych na odległość zaledwie kilkuset kilometrów, zaś przy wykorzystaniu satelitów i stacji naziemnych na odległość około tysiąca kilometrów. W 2016 roku Chiny wystrzeliły pierwszego na świecie kwantowego satelitę komunikacyjnego (QUESS), który umożliwił zastosowanie technologii między dwoma stacjami naziemnymi oddalonymi od siebie o 2600 km. W 2017 r. zakończono budowę ponad 2000 km specjalnej sieci światłowodowej dla QKD między Pekinem a Szanghajem.
Za pomocą zaufanych przekaźników zintegrowano naziemną sieć światłowodową i połączenia satelitarne. Pozwoliło to na stworzenie sieci komunikacyjnej obsługującej ponad 150 użytkowników w całych Chinach, włączając w to banki państwowe i lokalne, miejskie sieci energetyczne oraz strony administracji rządowej.
Praca chińskich badaczy udowadnia, że technologia komunikacji kwantowej może być wykorzystana w przyszłych praktycznych zastosowaniach na dużą skalę. Możliwe jest też stworzenie globalnej sieci komunikacji kwantowej, o ile dojdzie do integracji sieci krajowych, a uniwersytety, instytucje i przedsiębiorstwa połączą się w celu standaryzacji powiązanych protokołów i sprzętu.
W ciągu ostatnich kilku lat chiński zespół intensywnie testował i ulepszał wydajność swojej sieci. Naukowcom udało się zwiększyć częstotliwość generowania klucza QKD o 40 razy, do 47,8 kb na sekundę, zwiększono także zasięg przesyłania kluczy drogą naziemną.
Dalszym rozwojem sieci kwantowych zainteresowani są badacze z Austrii, Włoch, Rosji i Kanady. Chcą oni między innymi wystrzelić satelitę na orbitę na tyle wysoką, aby umożliwić przesyłanie danych w technologii QKD na znacznie większe odległości.
Źródło i fot.: University of Science and Technology of Chin/ Phys.org
