Onderzoekers in Canada hebben een belangrijke stap gezet in de richting van veilige kwantumcommunicatie via bewegende satellieten, zoals aangekondigd door de Canadese regering in april 2017.

hun studie, vandaag gepubliceerd in het nieuwe tijdschrift Kwantumwetenschap en technologie , demonstreert de eerste transmissies van kwantumsleuteldistributie van een grondzender naar een kwantumlading op een bewegend vliegtuig.

Om er zeker van te zijn dat de tests een waardevol proof-of-concept waren voor de verwachte satellietmissie, het team van het Institute for Quantum Computing (IQC) en de afdeling Natuur- en Sterrenkunde van de Universiteit van Waterloo, Ontario, ontwierpen hun prototype-ontvanger om te bestaan ​​uit componenten die compatibel zijn met de beperkingen van de afmetingen en de gebruiksomgeving van een microsatelliet.

Hoofdauteur Christopher Pugh, zei:"Quantum key distribution (QKD) stelt cryptografische sleutels vast tussen twee verre partijen op een manier die cryptanalytisch onbreekbaar is. Op de grond gebaseerde QKD-systemen maken gebruik van optische vezelverbindingen, en zijn beperkt tot afstanden van enkele honderden kilometers vanwege absorptieverliezen, die exponentieel erger worden naarmate de afstand groter wordt."

"Het is aangetoond dat vrije-ruimteverbindingen over de grond werken met verschillende afstanden, zowel in stationaire als bewegende tests. Maar ondanks verliezen als gevolg van geometrische effecten die kwadratisch met afstand worden geschaald, de toevoeging van atmosferische absorptie en turbulentie en de noodzaak van een duidelijke zichtlijn betekenen dat terrestrische uitzendingen in de vrije ruimte ook beperkt zijn tot een paar honderd kilometer. Op satellieten gebaseerd systeem breidt kwantumcommunicatie uit naar een wereldwijde schaal."

Om hun systeem te testen, het team gebruikte het Twin Otter-vliegtuig van de National Research Council om 14 passen over hun grondzendstation uit te voeren op verschillende afstanden, het bereiken van een kwantumsignaalverbinding voor zeven passen, en een geheime sleutelextractie voor zes van de zeven succesvolle passen.

Principeonderzoeker prof.dr. Thomas Jennewein, zei:"Dit is een uiterst belangrijke stap die bijna acht jaar voorbereiding vergde. Het toont eindelijk aan dat onze technologie levensvatbaar is.

"We hebben optische verbindingen bereikt met vergelijkbare hoeksnelheden als die van satellieten in een lage baan om de aarde, en voor sommige passages van het vliegtuig over het grondstation, koppelingen werden tot stand gebracht binnen 10 seconden na verzending van positiegegevens. We zagen verbindingstijden van een paar minuten en ontvingen kwantumbit-foutpercentages tussen de drie en vijf procent, het genereren van beveiligde sleutels tot 868 kb lang.

"We hebben het concept bewezen, en onze resultaten bieden een blauwdruk voor toekomstige satellietmissies om op voort te bouwen, net op tijd voor de aankondiging van een kwantumsatellietmissie door de Canadese regering, ’ zei Jennewein.