Chinas Satellit, der vor über einem Jahr gestartet wurde, hat nun eine Quantenschlüsselverteilung am Boden demonstriert und damit möglicherweise die Kontrolle über das globale Kommunikationsnetzwerk erhalten. Diese Technologie wird zweifellos mit ihren Ambitionen übereinstimmen, eine dominierende globale Blockchain-Währung zu schaffen, da sie „nicht hackbar“ sein wird. ⁃ TN Editor
Chinesische Wissenschaftler haben als erste die Verteilung von Quantenschlüsseln von einem Satelliten auf den Boden realisiert und damit den Grundstein für den Aufbau eines hacksicheren globalen Quantenkommunikationsnetzwerks gelegt.
Die Errungenschaft, die auf Experimenten basiert, die mit dem weltweit ersten Quantensatelliten, Quantum Experiments at Space Scale (QUESS), durchgeführt wurden, wurde am Donnerstag in der maßgeblichen Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
Die Nature-Gutachter erklärten, dass das Experiment eine beeindruckende Leistung war und einen Meilenstein auf diesem Gebiet darstellte.
Der Satellit mit dem Spitznamen „Micius“ wurde nach einem chinesischen Philosophen und Wissenschaftler aus dem 5. Jahrhundert v. Chr., Der als erster Mensch optische Experimente durchgeführt hat, in eine sonnensynchrone Umlaufbahn in einer Höhe von 600 Kilometern gebracht 500. August 16.
Pan Jianwei, leitender Wissenschaftler von QUESS und Akademiker der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS), sagte, der Satellit habe Quantenschlüssel an Bodenstationen in Xinglong in der nordchinesischen Provinz Hebei und in Nanshan in der Nähe von Urumqi, der Hauptstadt des nordwestchinesischen Xinjiang Uygur, gesendet Autonome Region.
Die Kommunikationsentfernung zwischen dem Satelliten und der Bodenstation variiert von 645 Kilometern bis 1,200 Kilometern, und die Quantenschlüsselübertragungsrate von Satellit zu Boden ist um bis zu 20 Größenordnungen effizienter als dies unter Verwendung einer optischen Faser der gleichen Länge zu erwarten wäre Schwenken.
Wenn der Satellit über China fliegt, bietet er ein Experimentierfenster von etwa 10 Minuten. Während dieser Zeit kann der sichere 300-kbit-Schlüssel laut Pan vom Satelliten generiert und gesendet werden.
"Das kann zum Beispiel die Forderung erfüllen, einen absolut sicheren Anruf zu tätigen oder eine große Menge von Bankdaten zu übertragen", sagte Pan.
„Die satellitengestützte Quantenschlüsselverteilung kann mit Quantennetzen in Großstädten verbunden werden, in denen Fasern ausreichen und bequem sind, um zahlreiche Benutzer innerhalb einer Stadt über 100 km zu verbinden. Wir können uns daher ein in den Weltraum integriertes Quantennetzwerk vorstellen, das die Quantenkryptographie - höchstwahrscheinlich die erste kommerzielle Anwendung von Quanteninformationen - ermöglicht, die auf globaler Ebene nützlich ist “, sagte Pan.
Der Aufbau einer zuverlässigen und effizienten Raum-zu-Boden-Verbindung für die zuverlässige Übertragung von Quantenzuständen ebnet den Weg zu Quantennetzen im globalen Maßstab, fügte er hinzu.
HACK-PROOF-KOMMUNIKATION
Private und sichere Kommunikation ist sehr gefragt. Die herkömmliche Kryptographie mit öffentlichen Schlüsseln beruht normalerweise auf der wahrgenommenen Rechenunfähigkeit bestimmter mathematischer Funktionen.
Ein leistungsfähiger Quantencomputer, den Wissenschaftler auf der ganzen Welt noch entwickeln, wird jedoch als Bedrohung angesehen, da er alles auf einem herkömmlichen Computer hackbar machen könnte.
Wie eine zweiseitige Münze dient aber auch die Quantenmechanik als Informationsschutz.
Durch die Nutzung der Quantenverschränkung wird die Quantenschlüssel-Technologie in der Quantenkommunikation eingesetzt, wodurch die Möglichkeit des Abhörens ausgeschlossen und die Kommunikation perfekt gesichert wird.
Pan erklärte, dass ein Quantenschlüssel aus einer Folge von Zufallszahlen besteht, die zwischen zwei kommunizierenden Benutzern generiert werden, um Informationen zu codieren. Sobald er abgefangen oder gemessen wurde, ändert sich der Quantenzustand des Schlüssels und die Informationen, die abgefangen werden, zerstören sich selbst.
Ein Lauscher auf dem Quantenkanal, der versucht, Informationen über den Schlüssel zu erhalten, führt unweigerlich zu einer Störung des Systems und kann von den kommunizierenden Benutzern erkannt werden, so Pan.
GRENZEN IM RAUM BRECHEN
In der Praxis sei die erreichbare Entfernung für die Quantenschlüsselverteilung aufgrund des Verlusts von Photonen bei der Übertragung durch optische Fasern auf einige hundert Kilometer begrenzt gewesen, sagte Pan.
"Wenn wir den Quantenschlüssel über eine 1,200 km lange Faser übertragen, selbst mit einer perfekten Einzelphotonenquelle und idealen Einzelphotonendetektoren, würden wir über sechs Millionen Jahre nur einen gesiebten 1-Bit-Schlüssel erhalten", sagte Pan.
Eine direktere und vielversprechendere Lösung für die Quantenschlüsselverteilung im globalen Maßstab sind Satelliten. Die Übertragung von Photonen zwischen dem Satelliten und den Bodenstationen erweitert die Reichweite der Quantenkommunikation erheblich, sagte Pan.
Im Vergleich zu terrestrischen Kanälen hat die Satelliten-Boden-Verbindung die Verluste erheblich reduziert. Dies liegt hauptsächlich daran, dass die effektive Dicke der Atmosphäre 10 km beträgt und der größte Teil des Übertragungswegs des Photons im leeren Raum mit vernachlässigbarer Absorption und Turbulenz verläuft.
Wissenschaftler erwarten, dass die Quantenkommunikation die menschliche Entwicklung in den nächsten zwei oder drei Jahrzehnten grundlegend verändern wird, da enorme Aussichten bestehen, die neue Generation der Kommunikation in Bereichen wie Verteidigung, Militär und Finanzen anzuwenden.
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