En un nuevo estudio, los investigadores demuestran mediciones terrestres de estados cuánticos enviados por un láser a bordo de un satélite a 38,000 kilómetros sobre la Tierra. Esta es la primera vez que los estados cuánticos se han medido con tanto cuidado desde tan lejos.
"Nos sorprendió bastante lo bien que sobrevivieron los estados cuánticos viajando a través de la turbulencia atmosférica a una estación terrestre", dijo Christoph Marquardt del Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz, Alemania. "El documento demuestra que la tecnología en los satélites,Ya es a prueba de espacio contra pruebas ambientales severas, se puede utilizar para lograr mediciones cuánticas limitadas, haciendo posible una red de comunicación cuántica satelital. Esto reduce en gran medida el tiempo de desarrollo, lo que significa que podría ser posible tener un sistema tan pronto como cincoaños a partir de ahora "
Una red de cifrado basada en satélite basada en Quantum proporcionaría una forma extremadamente segura de cifrar datos enviados a largas distancias. El desarrollo de un sistema de este tipo en solo cinco años es una línea de tiempo extremadamente rápida ya que la mayoría de los satélites requieren alrededor de 10 años de desarrollo. Normalmente,Cada componente, desde computadoras hasta tornillos, debe ser probado y aprobado para funcionar en las duras condiciones ambientales del espacio y debe sobrevivir a los cambios gravitacionales experimentados durante el lanzamiento.
Marquardt y sus colegas de la división de Gerd Leuchs en el Instituto Max Planck en Erlangen informan su nueva investigación en óptica .
Usando la luz para mantener los datos seguros
Hoy, los mensajes de texto, las transacciones bancarias y la información de salud están encriptados con técnicas basadas en algoritmos matemáticos. Este enfoque funciona porque es extremadamente difícil descubrir el algoritmo exacto utilizado para encriptar un dato dado. Sin embargo, los expertos creen queEs probable que las computadoras lo suficientemente potentes como para descifrar estos códigos de cifrado estén disponibles en los próximos 10 a 20 años.
La amenaza de seguridad que se avecina ha puesto más atención en la implementación de técnicas de cifrado más fuertes, como la distribución de claves cuánticas. En lugar de depender de las matemáticas, la distribución de claves cuánticas utiliza propiedades de partículas de luz conocidas como estados cuánticos para codificar y enviar la clave necesaria para descifrar los datos codificadosSi alguien intenta medir las partículas de luz para robar la llave, cambia el comportamiento de las partículas de una manera que alerta a las partes que se comunican con la intención de que la llave ha sido comprometida y no debe usarse. El hecho de que este sistema detecte escuchas significa quese garantiza una comunicación segura
Aunque los métodos para el cifrado cuántico se han desarrollado durante más de una década, no funcionan a largas distancias porque las pérdidas de luz residual en las fibras ópticas utilizadas para redes de telecomunicaciones en el suelo degradan las señales cuánticas sensibles. Las señales cuánticas no pueden ser tambiénregenerado sin alterar sus propiedades demandando a los amplificadores ópticos como se hace para los datos ópticos clásicos. Por esta razón, ha habido un impulso reciente para desarrollar una red de comunicación cuántica basada en satélite para vincular redes de cifrado cuántico basadas en tierra ubicadas en diferentes áreas metropolitanas, países y continentes.
Aunque los nuevos hallazgos mostraron que las redes de satélites de comunicación cuántica no necesitan diseñarse desde cero, Marquardt señala que todavía llevará de 5 a 10 años convertir los sistemas basados en tierra a cifrado basado en cuántica para comunicar estados cuánticos con los satélites.
Medición de estados cuánticos
Para los experimentos, el equipo de Marquardt trabajó en estrecha colaboración con la compañía de telecomunicaciones por satélite Tesat-Spacecom GmbH y la Administración Espacial Alemana. La Administración Espacial Alemana previamente contrató a Tesat-Spacecom en nombre del Ministerio de Economía y Energía de Alemania para desarrollar una tecnología de comunicaciones ópticas.para satélites. Esta tecnología ahora está siendo utilizada comercialmente en el espacio por terminales de comunicación láser a bordo de Copernicus, el Programa de Observación de la Tierra de la Unión Europea, y por SpaceDataHighway, el sistema europeo de transmisión de datos por satélite.
Resultó que esta tecnología de comunicaciones ópticas por satélite funciona de manera muy similar al método de distribución de claves cuánticas desarrollado en el Instituto Max Planck. Por lo tanto, los investigadores decidieron ver si era posible medir estados cuánticos codificados en un rayo láser enviado desde uno delos satélites ya están en el espacio. En 2015 y principios de 2016, el equipo realizó estas mediciones desde una estación terrestre en el Observatorio del Teide en Tenerife, España. Crearon estados cuánticos en un rango donde el satélite normalmente no opera y fueroncapaz de hacer mediciones cuánticas limitadas desde el suelo.
"De nuestras mediciones, podríamos deducir que la luz que viaja a la Tierra es muy adecuada para ser operada como una red de distribución de claves cuánticas", dijo Marquardt. "Nos sorprendió porque el sistema no fue construido para esto. Los ingenieroshabía hecho un excelente trabajo optimizando todo el sistema "
Los investigadores ahora están trabajando con Tesat-Spacecom y otros en la industria espacial para diseñar un sistema actualizado basado en el hardware ya utilizado en el espacio. Esto requerirá actualizar el diseño de comunicación láser, incorporando un generador de números aleatorios basado en cuántica para crearlas claves aleatorias y el procesamiento posterior integrado de las claves.
"Existe un gran interés por parte de la industria espacial y otras organizaciones para implementar nuestros hallazgos científicos", dijo Marquardt. "Nosotros, como científicos fundamentales, ahora estamos trabajando con ingenieros para crear el mejor sistema y garantizar que no se pasen por alto detalles".
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Materiales proporcionados por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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