Bár jelenleg kvantum alapú kulcsszétosztó műholdak fejlesztéséről szólnak a híradások, a kutatók figyelme egyre inkább a kvantuminternetre irányul.
2022 novemberében az Űrvilág is hírt adott arról, hogy SES és partnerei az Európai Űrügynökséggel (ESA) aláírt megállapodás részeként egy végponttól végpontig tartó kvantumkulcs-szétosztásos (QKD) műholdas rendszert fejlesztenek és indítanak annak érdekében, hogy tesztelhessék és validálhassák a kriptográfiai kulcsok űralapú biztonságos továbbítását. Az Európai Kvantumkommunikációs Infrastruktúra (EuroQCI) keretében az alacsony Föld körüli pályán keringő EAGLE-1 műhold lehetővé teszi az Európai Unió tagállamai számára az űralapú QKD korai hozzáférését, tesztelését és integrálását különböző rendszerekben.
A kínai kvantumkommunikációs műhold 2016-os indítása óta felgyorsultak a fejlesztések a különböző országokban, és számos hír jelent meg különböző kvantumműholdak tervezéséről és indításáról indításáról. Az Európai Unió és az Európai Űrügynökség együttműködésével az Európai Kvantumkommunikációs Infrastruktúra részeként is több ilyen műhold fog majd működni.
Mit is értünk kvantumkommunikáció alatt? A kvantumkommunikáció alapjaival Kvantumkommunikációs műholdak a látóhatáron című összeállításunkban foglalkoztunk 2021-ben, míg a hazai kapcsolódó fejlesztésekről A szabadtéri összefonódás nyomában című cikkünkben adtunk hírt. A téma műszaki hátterében jobban elmélyedni kívánók számára ajánlom az egyik 2021-es, online elérhető előadásom, amelyet Miért építsünk kvantumkommunikációs műholdat? címmel tartottam a BME Kozmosz Kör felkérésére.
Jelen pillanatban még kvantum alapú kulcsszétosztásról (angolul quantum key distribution, rövidítve QKD) szólnak a kvantumkommunikációs híradások, nem véletlenül. A kommunikációs csatornáinkat érdemes titkosítani, ezt sokan tudják is. A kritikus kérdés azonban nem (csak) az, hogy milyen titkosítási eljárásokat használunk, hanem az is, hogyan osztják meg az általunk használt rendszerek a titkosításhoz szükséges titkos kulcsot. Ez utóbbira számos protokoll kínálkozik, az utóbbi években azonban egyre inkább előtérbe kerül egy olyan megoldás, amelynek a biztonságát a fizika törvényei garantálják – a kvantum alapú kulcsszétosztás.
De ez csak egy kis szelete a sokkal szerteágazóbb területet felölelő kvantumkommunikációnak, és első sorban arról szól, hogyan lehet kvantumos megoldásokkal hatékonyabbá tenni napjaink biztonsági rendszereinek a működését. Ha azonban lesz egy európai szinten is működő QKD-hálózat, mint például az EuroQCI, akkor lehetőségünk lesz továbblépni további területek felé is. Nem véletlen, hogy az Európai Űrügynökség által 2023 májusában szervezett, optikai és kvantumkommunikációra fókuszáló 6th Annual ScyLight Conference is egy dedikált, kvantuminternetnek szentelt napot kapott május 17-én Görögországban. A szintén ESA-s 6th Quantum Technology Conference 2023, amelyet szeptemberben Olaszországban rendeznek meg, is befogad majd kvantuminternettel foglalkozó előadásokat.
Míg a kvantum alapú kulcsszétosztás célja, hogy titkosításhoz használható véletlen kulcsokat hozzunk létre két kommunikáló fél között, addig a kvantuminternet lényege, hogy kvantuminformáció továbbítását teszi lehetővé két kvantumeszköz között, azaz például összekapcsolhatunk vele két kvantumszámítógépet. Az egyik kvantumszámítógépben előállítunk egy kvantumbitet, ezt egy kvantumcsatornán keresztül elküldjük egy másik kvantumszámítógépnek, s ott tovább dolgozunk vele.
Miért szükségesek ehhez a műholdak? A kvantumos földfelszíni összeköttetésekben optikai szálon haladnak a kvantuminformációt hordozó fotonok, és nagyjából száz kilométer megtétele után már akkora csillapítást szenvednek, hogy nem tudjuk kiolvasni az értéküket. A kvantuminterneten majd földi jelismétlő egységeket (angol szakszóval repeatereket) fogunk alkalmazni, de ezek még csak kísérleti stádiumban léteznek, és valószínűleg csak jelentős megkötésekkel lesznek alkalmazhatóak a kvantumkommunikációs rendszerekben. A szabad légkörben azonban nagyobb távolságokat tudunk áthidalni, nem véletlen, hogy a 90-es évek óta foglalkoznak szabadtéri kvantumkommunikációs kísérletekkel, és már a 2000-es évek közepe óta beszéltek műholdakat tartalmazó rendszerekről is.
A műholdas kvantumkommunikációhoz tartozó technológiákat még jelenleg is fejlesztik és tesztelik, de egyre több olyan cég alakul szerte a világon, amely majd műholdas QKD-n alapuló szolgáltatást kíván nyújtani. Az ő technológiai fejlesztéseikre alapozva pedig a következő generációs kvantumos műholdak akár arra is képesek lesznek majd, hogy a kvantuminternet összekötő pontjaiként működjenek. Igaz, ehhez még számos újításra lesz szükség, többek között műholdon is működő kvantummemóriára – amellyel kapcsolatos fejlesztést az Európai Űrügynökség is támogat.
A cikk a Kulturális és Innovációs Minisztérium ÚNKP-22-5 kódszámú Új Nemzeti Kiválósági Programjának a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alapból finanszírozott szakmai támogatásával készült.
Kapcsolódó cikkek:
Kvantumkommunikációs műholdak a látóhatáron
Kvantumkommunikációs kísérletek a világ körül
A szabadtéri összefonódás nyomában
EAGLE-1
A kaliforniai indítást már a rendszer legutóbbi bővítéséről szóló előző cikkünkben beharangoztuk.
