Kuantum teknolojisinde büyük bir atılım, Ekim 2024’te sağlandı: Çin ve Güney Afrika arasındaki ilk kuantum uydu iletişim bağlantısı. Bağlantı, bugüne kadar kurulan en uzun bir kıtalararası kuantum iletişim bağlantısı: dikkat çekici bir 12.900 km’den yayıldı. Bundan en uzun süre 7.600 km ve sadece kuzey yarımkürede idi.
Gönderen ve alıcının, mesaj göndermek için kullanabilecekleri güvenli bir anahtarı paylaşmaları için bir yöntem olan Quantum anahtar dağılımı ile elde edildi. Şanzıman sırasında herhangi bir müdahale, tespit edilebilecek izler bırakır. Tek fotonların (küçük ışık parçacıkları) gönderilmesini içerir.
Birisi fotonları kesmeye çalışırsa, fotonlar kuantum fiziği nedeniyle rahatsız olur. Kuantum fiziği, en temel düzeyde madde ve enerjinin incelenmesidir. Gönderen ve alıcı, sadece bozulmamış fotonları kullanır ve mesajın anahtarını ultra güvenli hale getirir. Anahtar, uydular dahil optik fiber veya serbest alan yoluyla gönderilebilir.
Kuantum iletişimi, hükümet, askeri ve finans sektörleri gibi birçok sektörde veri göndermek için kullanılabilir.
Çin’de Pekin ve Güney Afrika’daki Stellenbosch Üniversitesi arasında güvenli, gerçek zamanlı bir kuantum bağlantı oluşturan kuantum fizik araştırmacıları grubunun bir parçasıyım. Güney yarımküredeki ilk kuantum uydu bağlantısı. Ayrıca kuzey ve güney yarımküreler arasındaki ilk güvenli kuantum iletişimidir.
Bağlantı, kuantum fiziğinin benzersiz prensiplerine dayanarak şifreli görüntülerin güvenli iletimini sağladı.
Bu başarı ile Güney Afrika kuantum iletişimin sınırına katıldı. Sonunda tamamen entegre, güvenli ve küresel bir kuantum internete doğru bir adımdır.
Ne başardık
Araştırmacılar olarak kuantum iletişim bağlantılarını dağıtmak için optik sistemler geliştirmekle ilgileniyoruz.
Birincil odak noktamız uydu tabanlı kuantum iletişimidir. Uydu bağlantıları, birkaç bin kilometrelik mesafeler üzerinde çalıştıkları için güvenli bir kuantum iletişim ağı geliştirmek için hayati öneme sahiptir. Yerdeki fiber ağların mesafe sınırlamaları vardır.
Yörüngede dolaşmış fotonlar üretebilen ve tespit edebilen aletler (optik yükler) tasarlıyoruz.
Çalışmamız, zemin istasyonları ve uydular arasında ölçeklenebilir, yüksek performanslı kuantum bağlantılarını gerçekleştirmek için kuantum optik, havacılık mühendisliği ve iletişim teorisi köprülüyor.
Çin ve Güney Afrika arasında kuantum iletişim bağlantıları kurmak için Jinan 1 adlı bir mikrosatellit düşük Dünya yörüngesine fırlatıldı ve taşınabilir bir optik yer istasyonu kuruldu. Bu temel olarak, uydudan gönderilen kodlanmış fotonları tespit eden güçlü bir teleskop ve özel dedektörlerle donatılmış hareketli bir cihazdır.
Çin ve Güney Afrika arasındaki ultra güvenli kuantum uydu bağlantısı, optik zemin istasyonu üzerinden uydunun tek bir geçişi sırasında elde edildi. Sadece en uzun kuantum uydu bağlantısı değil, aynı zamanda elde edilen en güvenli olanıydı. Anahtar, bozulmamış fotonlar, 1.07 milyon bitten (veri birimleri) oluşuyordu.
Bu neden önemli
Geleneksel güvenli iletişim yöntemleri matematiksel algoritmalara ve çok sayıda faktoring gibi belirli sorunları çözmenin hesaplama zorluğuna dayanır. Buna karşılık, kuantum iletişim güvenliğini fiziğin temel yasalarından çeker. Bu tür yasalar, klonlama teoremini içerir. Bilinmeyen bir kuantum durumunun tam bir kopyasını ve bir kuantum durumunu ölçmenin gözlemci etkisinin (ölçüm rahatsızlığı) onu değiştirmenin imkansız olduğunu belirtir. Bu, gizlice dinlemeyi tespit edilebilir kılar.
Kuantum Anahtar Dağıtım, iki tarafın şifreleme anahtarlarını dinleme girişimini tespit edecek şekilde paylaşmasına izin verir. Anahtarlar kuantum durumları, tipik olarak tek fotonlar kullanılarak kodlanır ve optik lifler veya serbest boşluk bağlantıları yoluyla iletilir. Fiber bazlı sistemler uzun mesafelerde sinyal kaybından muzdarip olsa da, uydular üst atmosfer ve dış mekanın düşük kaybı ortamında çalışarak umut verici bir çözüm sunar.
Kuantum uydu iletişimi, küresel bir kuantum internet oluşturmak için bir adımdır – güvenli iletişim, kuantum hesaplama ve kıtalar arasında algılayan birbirine bağlı bir ağ.
Jinan-1’in başarısı, kuantum mikrosatellit ağlarına doğru yol göstererek güvenli küresel iletişimi gerçek bir olasılık haline getiriyor.
İleri Taşınma
Hem endüstri hem de politika yapıcılar için büyük fırsatlar vardır.
Özellikle finans, savunma ve sağlık hizmetleri gibi sektörlerde işletmeler için, bu bağlantılar gelecekteki kuantum bilgisayarlardan bile hacklemeye dirençli ultra güvenli iletişim sistemlerini mümkün kılar. Bu, şirketlerin hassas verileri korumasına ve iletmelerine olanak tanır.
Politika yapıcılar için, ulusal güvenliği güçlendirme ve sorumlu kullanım için küresel standartlar belirleme şansı sunar. Benzer şekilde, yetenekli bir işgücü oluşturmak için araştırma ve eğitime yatırım.
Ayrıca, ülkeler güvenli bir iletişim ağı oluşturmak için birlikte çalıştıkça uluslararası işbirliğini teşvik etmektedir.
Genel olarak, kuantum uydu bağlantıları dünyanın nasıl iletişim kurduğunu yeniden şekillendirebilir, bu da gizlilik ve güvenliği her zamankinden daha güvenilir hale getirebilir.
