Forskare vid University of Science and Technology i Kina har nyligen introducerat ett nytt satellitbaserat quantum-secure time transfer (QSTT) protokoll som skulle kunna möjliggöra säkrare kommunikation mellan olika satelliter eller annan teknik i rymden. Deras protokoll, presenteras i en tidning publicerad i Naturfysik , är baserad på tvåvägs kvantnyckeldistribution i ledigt utrymme, en teknik för att kryptera kommunikation mellan olika enheter.

"Vår huvudidé var att realisera kvantsäker tidsöverföring för att lösa säkerhetsproblemen i praktisk tid-frekvensöverföring, "Feihu Xu, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org.

Quantum key distribution (QKD) är en teknik för att uppnå säker kommunikation som använder kryptografiska protokoll baserade på kvantmekanikens lagar. Kvantnyckeldistributionsprotokoll kan generera hemliga säkerhetsnycklar baserade på kvantfysik, möjliggör säkrare dataöverföring mellan olika enheter genom att upptäcka angripare som försöker avlyssna kommunikation.

I deras studie, Xu och hans kollegor använde en liknande princip för att utnyttja kvantsignaler (dvs. enskilda fotoner) som bärare för vad som kallas tidsöverföring. Tidsöverföring är i huvudsak det tidsintervall under vilket data överförs från en plats, eller enhet, till en annan.

"Tack vare kvant-icke-kloningssatsen vi använde, varje försök att fånga upp den enda fotonen kommer oundvikligen att störa kvanttillståndet, som kan kontrolleras via efterbehandling, ", sa Xu. "Detta tillät oss att uppnå ett kvantsäkert tidsöverföringsschema."

Xu och hans kollegor demonstrerade sitt QSTT-protokoll genom att applicera det på Micius kvantsatellit. Micius, uppkallad efter den forntida kinesiske filosofen Micius Mozi, är världens första satellit som är kapabel till kvantkommunikation, som sköts upp i rymden ombord på Long March-2-D-raketen redan i augusti 2016.

"Vi utförde en satellit-till-mark-tidssynkronisering med hjälp av signaler på en fotonnivå och uppnådde en kvantbitfelsfrekvens på mindre än 1%, en tidsdatahastighet på 9 kHz och en tidsöverföringsprecision på 30 ps, " förklarade Xu.

Detta team av forskare är först med att demonstrera satellitbaserad QSTT med enstaka fotoner. Anmärkningsvärt, tidsprecisionen som uppnås med deras föreslagna protokoll är jämförbar med den för T2L2, en toppmodern teknik för att uppnå tidsöverföring som användes på Jason-2-satelliten, som bygger på användningen av starka klassiska laserpulser.

Det nya systemet introducerat av Xu och hans kollegor kan i slutändan bana väg mot säkrare kvantkommunikation mellan satelliter och en mängd andra enheter. Genom att demonstrera möjligheten att uppnå satellitbaserad högprecisionstidsöverföring med enstaka fotoner, deras arbete öppnar också för nya intressanta möjligheter för framtida forskning.

"Vårt arbete introducerar nya perspektiv för fysikområdet för att utnyttja kvantteknologi för att uppnå större säkerhet och högre noggrannhet för överföring av tid och frekvens, klocksynkronisering och kvantnät av klockor, " Sa Xu. "Vi planerar nu att bygga ett satellitbaserat globalt kvantnätverk för att testa grundläggande fysik och för att tillhandahålla praktiska tillämpningar, som att distribuera hemliga nycklar, synkronisering av klockor och så vidare."

© 2020 Science X Network