Micius Satellite Memungkinkan Komunikasi Kuantum Antar Benua – Komunikasi pribadi dan aman adalah kebutuhan dasar manusia. Secara khusus, dengan pertumbuhan eksponensial penggunaan Internet dan e-commerce, sangatlah penting untuk membangun jaringan yang aman dengan perlindungan data global.

Kriptografi kunci publik tradisional biasanya mengandalkan ketangguhan komputasi fungsi matematika tertentu. Sebaliknya, distribusi kunci kuantum (QKD) menggunakan kuanta cahaya individu (foton tunggal) dalam status superposisi kuantum untuk menjamin keamanan tanpa syarat antara pihak yang berjauhan.

Sebelumnya, jarak komunikasi kuantum telah dibatasi hingga beberapa ratus kilometer, karena kehilangan saluran optik dari serat atau ruang bebas terestrial. Solusi yang menjanjikan untuk masalah ini memanfaatkan satelit dan tautan berbasis ruang angkasa,

Tim ilmuwan multi-institusi lintas disiplin dari Akademi Ilmu Pengetahuan China, yang dipimpin oleh Profesor Jian-Wei Pan, telah menghabiskan lebih dari sepuluh tahun mengembangkan satelit canggih, Micius, yang didedikasikan untuk eksperimen sains kuantum, yang diluncurkan pada Agustus 2016 dan mengorbit pada ketinggian ~ 500 km.

Lima stasiun bumi dibangun di China untuk bekerja sama dengan satelit Micius, yang terletak di Xinglong (dekat Beijing), Nanshan (dekat Urumqi), Delingha (37 ° 22’44.43”LU, 97 ° 43’37.01 ″ BT), Lijiang (26 ° 41’38.15 “LU, 100 ° 1’45.55” BT), dan Ngari di Tibet (32 ° 19’30.07 “LU, 80 ° 1’34.18” BT).

Dalam setahun setelah peluncuran, tiga tonggak penting untuk internet kuantum skala global telah tercapai: QKD status umpan satelit ke darat dengan laju kHz pada jarak ~ 1200 km (Liao et al.2017, Nature 549, 43); distribusi keterjeratan berbasis satelit ke dua lokasi di Bumi yang dipisahkan oleh ~ 1200 km dan uji Bell (Yin et al.2017, Science 356, 1140), dan teleportasi kuantum darat-ke-satelit (Ren et al.2017, Nature 549, 70).

Efisiensi tautan efektif dalam QKD berbasis satelit diukur menjadi ~ 20 kali lipat lebih besar dari transmisi langsung melalui serat optik pada panjang yang sama yaitu 1200 km. Ketiga eksperimen tersebut adalah langkah pertama menuju internet kuantum berbasis ruang global.

Efisiensi tautan efektif dalam QKD berbasis satelit diukur menjadi ~ 20 kali lipat lebih besar dari transmisi langsung melalui serat optik pada panjang yang sama yaitu 1200 km. Ketiga eksperimen tersebut adalah langkah pertama menuju internet kuantum berbasis ruang global.

Efisiensi tautan efektif dalam QKD berbasis satelit diukur menjadi ~ 20 kali lipat lebih besar dari transmisi langsung melalui serat optik pada panjang yang sama yaitu 1200 km. Ketiga eksperimen tersebut adalah langkah pertama menuju internet kuantum berbasis ruang global.

QKD berbasis satelit sekarang telah digabungkan dengan jaringan kuantum metropolitan, di mana serat digunakan untuk secara efisien dan nyaman menghubungkan banyak pengguna di dalam kota dalam skala jarak ~ 100 km.

Misalnya, stasiun Xinglong sekarang telah terhubung ke jaringan kuantum multi-node metropolitan di Beijing melalui serat optik. Baru-baru ini, tulang punggung komunikasi kuantum berbasis serat terbesar telah dibangun di China, juga oleh tim Profesor Pan, yang menghubungkan Beijing ke Shanghai (melalui Jinan dan Hefei, dan 32 relai terpercaya) dengan panjang serat 2000 km.

Tulang punggung sedang diuji untuk aplikasi dunia nyata oleh pemerintah, bank, sekuritas, dan perusahaan asuransi.

Satelit Micius dapat dieksploitasi lebih lanjut sebagai relai tepercaya untuk dengan mudah menghubungkan dua titik di Bumi untuk pertukaran kunci dengan keamanan tinggi.

Untuk lebih mendemonstrasikan satelit Micius sebagai platform yang kuat untuk distribusi kunci kuantum dengan stasiun bumi berbeda di Bumi, QKD dari satelit Micius ke stasiun bumi Garz dekat Wina juga telah berhasil dilakukan pada bulan Juni ini bekerja sama dengan Profesor Anton Zeilinger dari Akademi Ilmu Pengetahuan Austria.

Satelit dengan demikian menetapkan kunci pengaman antara dirinya dan, katakanlah, Xinglong, dan kunci lain antara dirinya dan, katakanlah, Graz.

Kemudian, atas permintaan dari stasiun komando darat, Micius bertindak sebagai relai tepercaya. Ini melakukan operasi OR eksklusif bitwise antara dua tombol dan menyampaikan hasilnya ke salah satu stasiun bumi. Dengan begitu, sebuah kunci rahasia dibuat antara China dan Eropa di lokasi yang terpisah sejauh 7600 km di Bumi. Pekerjaan ini mengarah ke solusi yang efisien untuk jaringan kuantum global jarak jauh.

Gambar Micius (dengan ukuran 5,34 kB) dikirim dari Beijing ke Wina, dan gambar Schrödinger (dengan ukuran 4,9 kB) dari Wina ke Beijing, menggunakan sekitar 80 kbit kunci kuantum aman untuk pad satu kali pengkodean.

Konferensi video antarbenua juga diadakan antara Akademi Ilmu Pengetahuan China dan Akademi Ilmu Pengetahuan Austria, menggunakan protokol Standar Enkripsi Lanjutan (AES) -128 yang menyegarkan kunci benih 128-bit setiap detik.

Konferensi video berlangsung selama 75 menit dengan total transmisi data ~ 2 GB, termasuk? 560 kbit kunci kuantum yang dipertukarkan antara Austria dan China.