Квантовая связь критически важна для национальной безопасности и экономики. Ее ключевой элемент, квантовое распределение ключей (QKD), надежно защищает данные. Технология неуязвима даже для самых мощных атак, поскольку для кодирования и передачи защищенных ключей используются одиночные фотоны, которые нельзя перехватить, скопировать или измерить без изменения квантового состояния. Но оптоволоконные сети QKD ограничены потерями сигнала и небольшим радиусом действия. Спутниковые системы, использующие свободное пространство, могут решить эту проблему.
Университет науки и технологий Китая стал пионером в исследованиях спутникового квантового распределения ключей. В 2017 году благодаря спутнику Micius была установлена межконтинентальная квантовая связь протяженностью 7600 км между Китаем и Австрией. Позже эту технологию объединили с оптоволоконной сетью Пекин-Шанхай, создав первую в мире космическо-наземную сеть квантовой защиты данных. Эта сеть включает 32 узла и простирается примерно на 2000 км.
Для практического применения технологии необходимы компактная полезная нагрузка и портативные наземные станции. Небольшие модули можно устанавливать на спутники любого размера. Команда разработала миниатюрные источники света QKD, дистилляцию ключей в реальном времени, лазерную зашифрованную связь и высокоточное отслеживание для стабильных оптических каналов.
В июле 2022 года ученые запустили Jinan-1 — первый в мире квантовый микроспутник. Также были созданы компактные наземные станции весом менее 100 кг, что в 100 раз легче предыдущих версий. Это позволяет быстро развертывать их в любом месте.
В ходе экспериментов Jinan-1 установил оптические связи с наземными станциями в Цзинане, Хэфэе, Наньшане, Ухане, Пекине, Шанхае (Китай) и Стелленбосе (Южная Африка). Спутник передавал 250 млн квантовых фотонов в секунду, генерируя до 1 Мбит защищенных ключей за пролет. Используя аппарат как ретранслятор, команда обеспечила безопасный обмен ключами и зашифрованную связь между Пекином и Стелленбосем на расстоянии 12 900 км.
Таким образом, квантовая связь была впервые установлена в Южном полушарии. Работа команды закладывает основу для развертывания сети квантовых микроспутников.
