Forskare i Kanada har tagit ett betydande steg mot att möjliggöra säker kvantkommunikation via rörliga satelliter, som tillkännagavs av den kanadensiska regeringen i april 2017.
Deras studie, publiceras idag i den nya tidskriften Quantum Science and Technology , demonstrerar de första överföringarna av kvantnyckeldistribution från en marksändare till en kvantnyttolast på ett flygplan i rörelse.
För att säkerställa att testerna var ett värdefullt bevis på konceptet för det förväntade satellituppdraget, teamet vid Institute for Quantum Computing (IQC) och Institutionen för fysik och astronomi vid University of Waterloo, Ontario, designat sin prototypmottagare för att bestå av komponenter som är kompatibla med storleken och begränsningarna för driftsmiljön för en mikrosatellit.
Huvudförfattare Christopher Pugh, sade:"Quantum key distribution (QKD) upprättar kryptografiska nycklar mellan två avlägsna parter på ett sätt som är kryptanalytiskt okrossbart. Markbaserade QKD -system använder optiska fiberlänkar, och är begränsade till avstånd på några hundra kilometer på grund av absorptionsförluster, som blir exponentiellt värre när avståndet ökar. "
"Lediga rymdlänkar har visat sig fungera över marken med olika avstånd, både i stationära och rörliga tester. Men trots förluster på grund av geometriska effekter som skalas kvadratiskt med avstånd, tillägget av atmosfärisk absorption och turbulens och behovet av att ha en klar siktlinje innebär att markbundna sändningar i fritt utrymme också är begränsade till några hundra kilometer. Satellitbaserat system utökar kvantkommunikation till en global skala. "
För att testa deras system, teamet använde Twin Otter -flygplanet från National Research Council för att genomföra 14 passeringar över sin marköverföringsstation på olika avstånd, uppnå en kvantsignallänk för sju pass, och ett hemligt nyckelutdrag för sex av de sju lyckade passningarna.
Principalutredare Professor Thomas Jennewein, sa:"Detta är ett extremt viktigt steg som tog nästan åtta år av förberedelser. Det visar äntligen att vår teknik är lönsam.
"Vi uppnådde optiska länkar med liknande vinkelhastigheter som satelliter med låg jordbana, och för vissa passager av flygplanet över markstationen, länkar upprättades inom 10 sekunder efter positionsdataöverföring. Vi såg kopplingstider på några minuter och fick kvantbitfelhastigheter vanligtvis mellan tre och fem procent, genererar säkra nycklar upp till 868 kb långa.
"Vi har bevisat konceptet, och våra resultat ger en plan för framtida satellituppdrag att bygga vidare på, lagom till tillkännagivandet av ett kvantesatellitsuppdrag av den kanadensiska regeringen, sa Jennewein.
