В июле 2022 года мир стал свидетелем запуска первого в истории квантового микроспутника, открывшего новую эру в области защищенной передачи данных. Команда ученых под руководством Пан Цзяньвэя, Пэн Чэнчжи и Ляо Шэнкая из Научно-технического университета Китая (USTC) разработала революционную технологию, способную обеспечить беспрецедентный уровень безопасности коммуникаций на глобальном уровне.
Квантовое распределение ключей (Quantum Key Distribution, QKD) давно признано наиболее надежным методом защиты информации, обеспечивающим безусловную безопасность передачи данных. Однако традиционные оптоволоконные QKD-сети имеют серьезные ограничения по дальности действия из-за потери сигнала и ограниченного территориального охвата. Спутниковые системы, использующие свободное пространство для передачи квантовых состояний, предлагают элегантное решение этой проблемы.
USTC уже имеет значительный опыт в области спутниковой квантовой связи. Ранее запущенный спутник «Мо-цзы» (Micius) продемонстрировал первую успешную передачу квантовых ключей из космоса на Землю. Интеграция этого спутника с магистральной сетью Пекин-Шанхай создала первую в мире космически-наземную квантовую защищенную коммуникационную сеть.
Новый микроспутник «Цзинань-1", запущенный 27 июля 2022 года, представляет собой следующий шаг в эволюции этой технологии. Разработка стала возможной благодаря миниатюризации источников квантового света с «приманкой» (decoy-state QKD), системам дистилляции ключей в реальном времени и шифрованной связи на основе лазерной коммуникации. Особое внимание было уделено высокоточному отслеживанию и контролю положения спутника для обеспечения стабильных оптических соединений.
«Цзинань-1" способен передавать около 250 миллионов квантовых фотонов в секунду, что позволяет генерировать до 1 Мбит защищенных ключей за один проход спутника. Этот прорыв стал результатом совместных усилий нескольких научных организаций, включая Цзинаньский институт квантовых технологий, Шанхайский институт технической физики, Инновационную академию микроспутников Китайской академии наук и Стелленбошский университет Южной Африки.
Параллельно с разработкой спутника команда создала компактные наземные оптические станции, вес которых был уменьшен на два порядка — до менее 100 кг. Это позволяет быстро развертывать приемные станции в различных географических точках, значительно расширяя потенциальную зону покрытия квантовой сети.
Экспериментальные результаты, опубликованные в престижном научном журнале Nature, впечатляют. Спутник установил оптические соединения с наземными станциями в Цзинане, Хэфэе, Наньшане, Ухане, Пекине и Шанхае (Китай), а также в Стелленбоше (Южная Африка). Особенно значимым достижением стала демонстрация защищенного обмена ключами между Пекином и Стелленбошем — городами, разделенными расстоянием в 12 900 км. Спутник выступил в роли доверенного ретранслятора для шифрованной коммуникации.
Эти достижения закладывают фундамент для развертывания целого созвездия квантовых микроспутников, что обеспечит техническую поддержку для крупномасштабных квантовых коммуникационных сетей. В перспективе технология может стать основой для глобального развертывания квантового интернета — коммуникационной инфраструктуры нового поколения, где безопасность гарантируется не математическими алгоритмами, а фундаментальными законами квантовой физики.
Изображение носит иллюстративный характер
Квантовое распределение ключей (Quantum Key Distribution, QKD) давно признано наиболее надежным методом защиты информации, обеспечивающим безусловную безопасность передачи данных. Однако традиционные оптоволоконные QKD-сети имеют серьезные ограничения по дальности действия из-за потери сигнала и ограниченного территориального охвата. Спутниковые системы, использующие свободное пространство для передачи квантовых состояний, предлагают элегантное решение этой проблемы.
USTC уже имеет значительный опыт в области спутниковой квантовой связи. Ранее запущенный спутник «Мо-цзы» (Micius) продемонстрировал первую успешную передачу квантовых ключей из космоса на Землю. Интеграция этого спутника с магистральной сетью Пекин-Шанхай создала первую в мире космически-наземную квантовую защищенную коммуникационную сеть.
Новый микроспутник «Цзинань-1", запущенный 27 июля 2022 года, представляет собой следующий шаг в эволюции этой технологии. Разработка стала возможной благодаря миниатюризации источников квантового света с «приманкой» (decoy-state QKD), системам дистилляции ключей в реальном времени и шифрованной связи на основе лазерной коммуникации. Особое внимание было уделено высокоточному отслеживанию и контролю положения спутника для обеспечения стабильных оптических соединений.
«Цзинань-1" способен передавать около 250 миллионов квантовых фотонов в секунду, что позволяет генерировать до 1 Мбит защищенных ключей за один проход спутника. Этот прорыв стал результатом совместных усилий нескольких научных организаций, включая Цзинаньский институт квантовых технологий, Шанхайский институт технической физики, Инновационную академию микроспутников Китайской академии наук и Стелленбошский университет Южной Африки.
Параллельно с разработкой спутника команда создала компактные наземные оптические станции, вес которых был уменьшен на два порядка — до менее 100 кг. Это позволяет быстро развертывать приемные станции в различных географических точках, значительно расширяя потенциальную зону покрытия квантовой сети.
Экспериментальные результаты, опубликованные в престижном научном журнале Nature, впечатляют. Спутник установил оптические соединения с наземными станциями в Цзинане, Хэфэе, Наньшане, Ухане, Пекине и Шанхае (Китай), а также в Стелленбоше (Южная Африка). Особенно значимым достижением стала демонстрация защищенного обмена ключами между Пекином и Стелленбошем — городами, разделенными расстоянием в 12 900 км. Спутник выступил в роли доверенного ретранслятора для шифрованной коммуникации.
Эти достижения закладывают фундамент для развертывания целого созвездия квантовых микроспутников, что обеспечит техническую поддержку для крупномасштабных квантовых коммуникационных сетей. В перспективе технология может стать основой для глобального развертывания квантового интернета — коммуникационной инфраструктуры нового поколения, где безопасность гарантируется не математическими алгоритмами, а фундаментальными законами квантовой физики.
