211service.com
Kinesisk satellitt bruker kvantekryptografi for sikker videokonferanse mellom kontinenter
Kvantekryptografi tillater kommunikasjon som er garantert sikker, takket være fysikkens lover. Og det blir stadig viktigere.
Fysikere har lenge visst at kvantedatamaskiner vil kunne bryte nesten alle andre typer kryptografi. Siden disse enhetene blir mer kapable, er skriften på veggen for konvensjonell kryptering. Så kommersielle virksomheter, myndigheter og militæret venter alle med tilbakeholdt pust på at praktiske kvantekryptografisystemer skal utvikles.
Men det er et problem. Kvantekryptografien er avhengig av individuelle fotoner for å bære kvanteinformasjon. Men selv de beste optiske fibre kan bare bære disse fotonene så langt – rundt 200 kilometer – før lysabsorpsjon gjør prosessen umulig. Så kvantekryptografi har aldri fungert over mye lengre avstander.
I dag endrer det seg, takket være en ekstraordinær kinesisk satellitt som ble skutt opp i 2016. Micius-satellitten har oppnådd en rekke milepæler i løpet av et år eller så siden den startet opp. I fjor sommer teleporterte den det første objektet fra jorden til bane – et enkelt foton.
Nå har satellitten satt opp den første interkontinentale kvantekrypteringstjenesten. Forskere har testet systemet ved å sette opp en sikker videokonferanse mellom Europa og Kina. For første gang ble sikkerheten til denne videokonferansen garantert av fysikkens lover.
Metoden er grei. Kvantekryptografi er avhengig av det som kalles en engangspute for å garantere personvern. Dette er et sett med tilfeldige tall – en nøkkel – som kan brukes av to parter til å kode og dekode en melding.
Tradisjonelt er problemet med engangsputer i å sikre at bare senderen og mottakeren har dem. Hvordan kan begge parter være sikre på at ingen avlytter har kopiert nøkkelen mens den er distribuert?
Dette problemet løses pent ved å sende nøkkelen ved å bruke kvantepartikler som fotoner, siden det alltid er mulig å fortelle om en kvantepartikkel tidligere har blitt observert. Hvis den har det, blir nøkkelen forlatt og en annen sendt til begge parter er sikre på at de er i besittelse av en uobservert engangsblokk.
Det er kvantenøkkeldistribusjon - den avgjørende prosessen i hjertet av kvantekryptografi. Etter at begge parter har nøkkelen – engangsblokken – kan de kommunisere over vanlige klassiske kanaler med perfekt sikkerhet.
Micius-satellitten distribuerer ganske enkelt denne nøkkelen fra bane. Fordi den er i en solsynkron bane over polene, passerer satellitten over hver del av jordoverflaten til omtrent samme lokale tid hver dag.
Så når satellitten er over den kinesiske bakkestasjonen ved Xinglong i Kinas nordlige Hebei-provins, sender den engangsputen til bakken, kodet i enkeltfotoner ved hjelp av en veletablert protokoll. Mens jorden roterer under satellitten og bakkestasjonen i Graz i Østerrike kommer til syne, sender Micius den samme engangsblokken til mottakeren der.
De to lokasjonene har da begge samme nøkkel som lar dem starte helt sikker kommunikasjon over en klassisk lenke.
Eksperimentet går imidlertid ett skritt videre. Målet var å sette opp en videokonferanse mellom det kinesiske vitenskapsakademiet i Beijing og det østerrikske vitenskapsakademiet i Wien, så nøkkelen må distribueres sikkert til begge disse stedene. Og til det bruker lagene bakkebasert kvantekommunikasjon over optiske fibre.
Til slutt satte de opp en videolink sikret av Advanced Encryption Standard (AES) som oppdateres hvert sekund av 128-bits frøkoder. I september holdt de en banebrytende videokonferanse som varte i 75 minutter med en total dataoverføring på omtrent to gigabyte.
Vi har demonstrert interkontinental kvantekommunikasjon mellom flere steder på jorden med en maksimal separasjon på 7600 kilometer, sier teamene, som ledes av Anton Zeilinger ved Universitetet i Wien og av Jian-Wei Pan ved Universitetet for vitenskap og teknologi i Kina i Hefei, Kina.
Det er noen potensielle svakheter i systemet å jobbe med for fremtiden. Det mest betydningsfulle er kanskje at satellitten anses som sikker i løpet av tiden det tar å koble sammen de to bakkestasjonene. Det kan godt være sant – hvem kunne hacke en satellitt i bane? – men denne sikkerheten er ikke garantert av fysikkens lover. Imidlertid sier teamene at dette kan løses i fremtidige design med et ende-til-ende kvanterelé.
Uansett manglene er dette imponerende arbeid. Det er en proof-of-princip demonstration av sikker kommunikasjon på global skala. Vårt arbeid peker mot en effektiv løsning for et ultralangdistanse globalt kvantenettverk, som legger grunnlaget for et fremtidig kvanteinternett, sier Zeilinger, Jian-Wei og deres kolleger.
Mange regjeringer, militære operatører og kommersielle virksomheter er ivrige etter en lignende evne. Så det vil garantert ikke ta lang tid før kommersielle versjoner av Micius-satellitten selger denne typen sikker kommunikasjon over hele verden. Med Kina som leder an.
Ref: arxiv.org/abs/1801.04418 : Satellitt-Relayed Intercontinental Quantum Network