Kitajci izboljšujejo prenos kvantnih šifrirnih ključev preko satelita

IEEE Spectrum - Kitajski raziskovalci so predstavili izboljšave v prenašanju kvantnih šifrirnih ključev skozi satelit Micius. Zmogljivost so povečali za štirikrat, kar pa je še vedno zgolj majhen korak proti praktični rabi takšne tehnologije.

Kvantno sporazumevanje prve generacije bo slonelo na rabi kvantnih šifrirnih ključev, katerih glavna značilnost je, da jih je nemogoče ukrasti, ne da bi njihovi uporabniki to takoj ugotovili. Tako je zaradi uporabe pojava kvantne prepletenosti, pri katerem kvantni stanji dveh delcev povežemo tako, da sprememba pri enem povzroči hipen učinek tudi pri drugem, ne glede na razdaljo med njima. Če torej šifrirne ključe zapakiramo v fotone in v prepletenih parih po en foton pošljemo vsakega na svoj konec komunikacijske poti, smo dobili najpreprostejšo obliko kvantno-komunikacijskega omrežja.

Toda pri takšnem prenašanju ključev imamo trenutno zaguljen tehnološki problem. V optičnih vlaknih prihaja do izgub signala, kar pri vsakdanji komunikaciji odpravljamo z ojačevanjem. A v procesu kvantne komunikacije ne moremo uporabiti klasičnih ojačevalnikov signala, saj bi zmotili stanje fotonov, razvoj kvantnih ojačevalnikov pa je šele v plenicah. Približno rutinska zemeljska kvantna komunikacija se tako izvaja med zgolj nekaj deset kilometrov oddaljenimi kraji, rekord pa znaša 144 kilometrov. Kitajci so zato pred štirimi leti v orbito poslali satelit Micius, da bi obšli izgubljanje signala v optičnih vlaknih in ključe pošiljali po zraku. Leta 2017 so tako uspeli povezati medsebojno 1200 kilometrov oddaljeni komunikacijski postaji. Toda učinkovitost prenosa je bila hudo klavrna: zgolj en foton na 5,9 milijona poslanih.

Po treh letih izpopolnjevanja pristopa so raziskovalci z Univerze za znanost in tehnologijo v Hefeju v reviji Nature predstavili štirikratno povečanje zmogljivosti prenosa kvantnih ključev skozi satelit Micius. Na ta način so povezali dve na novo zgrajeni komunikacijski postaji v Nanšanu in Delingi, z medsebojno razdaljo 1120 kilometrov. Izboljšave vključujejo boljše sledenje oddajnikom in sprejemnikom tako na tleh kot satelitu ter izboljšanje zmogljivosti optičnih naprav na tleh, s teleskopi širine leč 1,2 metra. Tako so dosegli pasovno širino 0,12 bita na sekundo, kar je precej bolje kot prej, a še vedno nepraktično za stvarno rabo. Tako gre zgolj za enega od vmesnih korakov; za naslednji preboj pa bo bržkone potrebno napraviti nov satelit z mnogo močnejšim izvorom prepletenih fotonov.