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    Equipo construye la primera red de comunicación cuántica integrada espacio-terrestre del mundo

    Esta imagen muestra el envío de mensajes desde Viena a Beijing a través de una red cuántica integrada espacio-terrestre. Crédito:Grupo PAN Jianwei

    La primera videoconferencia cuántica segura se llevó a cabo entre el presidente Chunli Bai de la Academia de Ciencias de China en Beijing y el presidente Anton Zeilinger de la Academia de Ciencias de Austria en Viena como la primera demostración del mundo real de la comunicación cuántica intercontinental el 29 de septiembre.

    Las comunicaciones privadas y seguras son necesidades humanas fundamentales. En particular, con el crecimiento exponencial del uso de Internet y el comercio electrónico, Es de suma importancia establecer una red segura con protección global de datos. La criptografía de clave pública tradicional generalmente se basa en la intratabilidad computacional percibida de ciertas funciones matemáticas. A diferencia de, La distribución de clave cuántica (QKD) utiliza cuantos de luz individuales en estados de superposición cuántica para garantizar la seguridad incondicional entre partes distantes. Previamente, la distancia de comunicación cuántica se había limitado a unos pocos cientos de kilómetros debido a la pérdida del canal de fibras o al espacio libre terrestre. Una solución prometedora a este problema es la explotación de enlaces basados ​​en satélites y espaciales, que puede conectar dos puntos remotos en la Tierra con una pérdida de canal muy reducida, ya que la mayor parte de la trayectoria de propagación de los fotones se encuentra en un espacio vacío con una pérdida y decoherencia insignificantes.

    Una interdisciplinar equipo multiinstitucional de científicos de la Academia China de Ciencias, dirigido por el profesor Jian-Wei Pan, ha pasado más de 10 años desarrollando un sofisticado satélite llamado Micius para experimentos de ciencia cuántica, que se lanzó con éxito el 16 de agosto de 2016 desde Jiuquan, Porcelana, orbitando a una altitud de ~ 500 km.

    El satélite está equipado con tres cargas útiles:un transmisor QKD de estado señuelo, una fuente de fotones entrelazados, y un receptor y analizador de teletransportación cuántica. Se construyeron cinco estaciones terrestres en China para coordinarse con el satélite Micius, ubicado en Xinglong (cerca de Beijing, 40 ° 23'45.12''N, 117 ° 34'38.85''E, altitud 890 m), Nanshan (cerca de Urumqi, 43 ° 28'31,66''N, 87 ° 10'36.07''E, altitud 2028 m), Delingha (37 ° 22'44.43''N, 97 ° 43'37.01 "E, altitud 3153 m), Lijiang (26 ° 41'38.15''N, 100 ° 1'45.55''E, altitud 3233 m), y Ngari en el Tíbet (32 ° 19'30.07''N, 80 ° 1'34.18''E, altitud 5047 m).

    Dentro de un año después del lanzamiento, Se han logrado tres hitos clave hacia una Internet cuántica a escala global:QKD de estado señuelo de satélite a tierra con una velocidad de kHz en una distancia de ~ 1200 km (Liao et al.2017, Naturaleza 549, 43); distribución de entrelazamiento basada en satélites a dos lugares de la Tierra separados por ~ 1200 km y prueba de Bell (Yin et al.2017, Ciencia 356, 1140), y teletransportación cuántica de tierra a satélite (Ren et al.2017, Naturaleza 549, 70). Se midió que las eficiencias efectivas del enlace en el QKD basado en satélites eran ~ 20 órdenes de magnitudes mayores que la transmisión directa a través de fibras ópticas a la misma longitud a 1200 km.

    El QKD basado en satélites ahora se ha combinado con redes cuánticas metropolitanas en las que se utilizan fibras para conectar a muchos usuarios dentro de una ciudad con una escala de distancia de ~ 100 km. Por ejemplo, la estación de Xinglong ahora se ha conectado a la red cuántica de múltiples nodos metropolitana en Beijing a través de fibras ópticas. Muy recientemente, La red troncal de comunicación cuántica basada en fibra más grande fue construida en China por el equipo del profesor Pan, que une Beijing con Shanghai (pasando por Jinan y Hefei, y 32 relés de confianza) con una longitud de fibra de 2000 km. La red troncal utiliza el protocolo de estado señuelo QKD y logra una tasa de clave segura de paso total de 20 kbps. El gobierno lo está probando para aplicaciones del mundo real, bancos, compañías de seguros y valores.

    El satélite Micius se puede aprovechar aún más como un relé confiable para conectar convenientemente dos puntos de la Tierra para el intercambio de claves de alta seguridad. A principios de este año, el equipo chino implementó QKD satélite-tierra en Xinglong. Después, las claves seguras se almacenaron en el satélite durante dos horas hasta que llegó a la estación de Nanshan cerca de Urumqi, a una distancia de ~ 2500 km de Beijing. Al realizar otro QKD entre el satélite y la estación Nanshan, y el uso de codificación de pad de una sola vez, Luego se estableció una clave segura entre Xinglong y Nanshan. Para probar la robustez y versatilidad del Micius, El QKD desde el satélite a la estación terrestre de Graz cerca de Viena se llevó a cabo con éxito este junio como una colaboración entre el profesor Pan y el grupo del profesor Anton Zeilinger. También se planean experimentos futuros entre China y Singapur, Italia, Alemania, y Rusia.

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