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新研究发现基于卫星的量子加密网络简便方法
2022-08-27 23:17
本文摘要:上图右图,研究人员从地面测量了来自卫星的激光信号,并通过地球的重力势和大气湍流展开了观测。在这种条件下顺利地叙述量子特征是构建全球量子通信网络的一个先决条件。 图片来源:谷歌ESA卫星图片。在一项近期的研究中,研究人员展出了地面上测量激光在地球海面38000公里卫星上升空的量子态。这是第一次从如此很远的地方构建量子态的详尽测量。

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上图右图,研究人员从地面测量了来自卫星的激光信号,并通过地球的重力势和大气湍流展开了观测。在这种条件下顺利地叙述量子特征是构建全球量子通信网络的一个先决条件。

图片来源:谷歌ESA卫星图片。在一项近期的研究中,研究人员展出了地面上测量激光在地球海面38000公里卫星上升空的量子态。这是第一次从如此很远的地方构建量子态的详尽测量。

来自德国马克斯·普朗克光学研究所的ChristophMarquardt说道:“我们很吃惊量子态在大气湍流中了安全性传输到地面站,其传输效果是这样好。”本文论证了卫星技术早已在空间上展开了严苛的环境试验,可以用来构建量子受限测量,从而使卫星量子通信网络沦为有可能。

这大大减少了研发时间,这意味著从现在起五年内就可以构建这样一个系统。基于卫星的量子加密网络将获取一种极为安全性的方法来加密远距离发送到的数据。在五年内研发这样一个系统在时间表上将是是一个十分慢的工程进度,因为大多数卫星必须约10年的发展。一般来说这种研发必须从计算机到螺钉的每一个部件必需经过测试和批准后,以便在险恶的空间环境条件下工作,并且必需在升空过程中经历的重力变化中生还下来。

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在埃朗根的马克斯普朗克研究所,Marquardt和他的同事的这项近期的研究,已公开发表在美国光学学会的高影响力研究杂志《光学》期刊上。利用光线使数据更加安全性如今,短信、银行交易和身体健康信息都是用基于数学算法的技术加密的。这种方法之所以有效地,是因为很难找到用作加密等价数据的准确算法。

然而,专家指出,不足以密码这些特密码的计算机很有可能在未来10到20年内就不会经常出现。迫在眉睫的安全性威胁早已把更好的注意力放到构建更加强劲的加密技术,如量子密钥分配。量子密钥分配不用于数学,而是利用被称作量子态的重粒子的特性来编码和发送到解密编码数据所需的密钥。

如果有人企图测量光粒子来盗取密钥,它不会转变粒子的不道德,从而警告密钥通信方,密钥早已被毁坏,不应当被用于。该系统可自动检测监听的事实意味著确保通信的安全性。

尽管量子加密的方法早已发展了十多年,但它们在长距离工作不起作用,因为用作地面电信网络的光纤中残余的光损耗减少了脆弱的量子信号。量子信号无法再造,而不转变其性质,通过对经典光学数据展开光放大器来构建。

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出于这个原因,最近有人在研发一个基于卫星的量子通信网络来相连坐落于有所不同大都市区、国家和大洲的陆基量子加密网络。虽然新的找到指出量子通信卫星网络不必须从头开始设计,Marquardt认为,可利用基于地面的系统转换成基于量子的加密,将量子态与卫星通信依然必须5到10年的时间展开研发。测量量子态在实验中,Marquardt的团队与航天卫星通信公司Tesat-Spacecom和德国航天局展开合作研究。德国航天局此前与德国经济和能源部Tesat-Spacecom公司签订合同,联合致力于卫星光通信技术的发展。

这种技术现在被读取到哥白尼系统中的商业激光通信终端上,哥白尼系统是欧盟的地球观测项目,还包括欧洲数据中继卫星系统。事实证明,这种卫星光通信技术很像在马克斯普朗克研究所研发的量子密钥分配方法。因此,研究人员要求想到否有可能测量从太空中的一颗卫星升空的激光束中编码的量子态。

在2015和2016年初,研究团队在西班牙的特内里费的地面观测地面站展开这些测量。他们在一个卫星一般来说不工作的范围内建构了量子态,并需要从地面展开受限的量子测量。“从我们的测量中,我们可以推测到地球的光非常适合作为量子密钥分配网络的运营,”Marquardt说道。

“我们很吃惊,因为这个系统原不是为这而修建的。工程师们在优化整个系统方面做到了出众的工作。”研究人员现在正在与Tesat-Spacecom公司以及其他航天设计工业单位合作设计基于空间早已有的硬件展开升级。

这将必须升级激光通信设计,将基于量子的随机数生成器创立随机密钥并构建密钥的后处理。Marquardt回应:“太空工业和其他的组织对我们的科学找到具有浓烈的兴趣。作为基本的科学家,我们现在于是以与工程师一起建构最差的系统,并保证不忽视任何细节。


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