Kvantumkommunikációs eredmények
(Rovat: Új eszközök és anyagok, Lássuk és halljuk egymást - 2020.09.15 07:15.)

A néhány éve folyó kínai műholdas kísérletek nagy előrelépést jelentenek a kvantumkommunikáció kutatásában.

Egy újonnan kifejlesztett módszerrel alacsony Föld körüli pályán keringő műholdat használnak titkosított üzenetek kvantumos módszerekkel történő továbbítására földi állomások között. A műhold igénybevételének köszönhetően a korábbiaknál sokkal nagyobb távolság áthidalására nyílik lehetőség. Az új módszer a kiberbiztonság jelentős növelésével forradalmasíthatja a bizalmas adatok továbbításának mechanizmusát.

A kvantumkommunikáció, azaz a titkosítás kulcsának kvantumos módszerrel történő megosztása a kvantummechanika egyik alapvető jelenségét kihasználva növeli a biztonságot, ugyanis a titkosított adatok továbbítását a kommunikációban részt vevő felek között kvantumbiteknek nevezett részecskék továbbításával érik el. A kvantumbitek, azaz a kommunikációban használt részecskék úgynevezett összefonódó párokat alkotnak, ezek használhatók az üzeneteket titkosító kulcsokként. A kvantumkommunikációs rendszerekben fotonokat használnak, amelyek hullámként viselkedve az úgynevezett szuperpozíció állapotában vannak. Ezeket a fotonokat továbbítják az egymástól távoli helyszínek között. Az üzenet titkosításához és megfejtéséhez a feleknek meg kell osztaniuk egymással a bitek véletlenszerű sorozatából álló kulcsot.

A világ első kvantumkommunikációs műholdját, a QUESS-t 2016. augusztus 15-én Csiucsüanból (Jiuquan) Hosszú Menetelés-2D hordozórakétával állították pályára. (Kép: Xinhua / Jin Liwang)

A korábbi kísérletekben csak legfeljebb 100 kilométer távolságig sikerült a kulcsok megosztása. A legújabb kutatást vezető Jian-Wei Pan (Kínai Tudományos és Műszaki Egyetem) szerint a távolság műholdak használatával növelhető. A kísérletekhez a 2016-ban pályára állított QUESS (Quantum Experiments at Space Scale) vagy más néven Muzi műholddal végezték. (A műholdat Mo Ti, más átírással Mo-ce vagy latinosan Micius Kr. e. V. századi kínai filozófusról nevezték el.) Az űrkutatás történetének első kvantumkommunikációs műholdja 500–600 km közötti magasságú, enyhén elliptikus, közel poláris napszinkron pályán kering. A kvantumosan összefonódott fotonokat a QUESS fedélzetén állítják elő, megosztják, majd egy-egy kétirányú adatcsatornán továbbítják az egymástól mintegy 1200 kilométerre lévő kínai Delinga és Nansan obszervatóriumokba, vagyis a korábbi kvantumkommunikációs kísérletekhez képest jelentős mértékben sikerült megnövelni az áthidalt távolságot.

A Hszincsiang (Xinchiang) tartományban található Nansan (Nanshan) obszervatóriumban a műholdas kvantumkommunikációs kísérletekhez használt távcső és kupolája. (Képek: Frey S., 2019)

A nagy távolságú kvantumkommunikációt elsősorban az teszi lehetővé, hogy a jelek a távolság legnagyobb részét a világűrben teszik meg, így kisebb a földi anyagokkal történő kölcsönhatások miatt fellépő veszteség (az összefonódott fotonok spontán szétcsatolódásának lehetősége).

A kínai szakemberek 2017 óta folytatják kvantumkommunikációs kísérleteiket. 2017-ben Kínában létrehozták az első, nagy távolságot áthidaló földi kvantumkommunikációs összeköttetést Peking és Sanghaj között. A kvantumos összefonódáson alapuló kommunikáció előnye, amint azt a legújabb kísérleteikkel bizonyították, hogy a kvantumkriptográfiai titkosítás akkor is feltörhetetlen, ha maga a műhold ellenséges kézre kerül. A kutatók eredményeiről szóló cikk a Nature-ben jelent meg, teljes terjedelmében itt olvasható.