Un equipo conjunto China-Austria ha realizado una distribución de claves cuánticas entre el satélite de ciencia cuántica Micius y varias estaciones terrestres ubicadas en Xinglong (cerca de Beijing). Nanshan (cerca de Urumqi), y Graz (cerca de Viena). Tales experimentos demuestran el intercambio seguro satélite-tierra de claves criptográficas durante el paso del satélite Micius sobre una estación terrestre. Usando Micius como un relé de confianza, se creó una clave secreta entre China y Europa en ubicaciones separadas hasta 7, 600 km en la Tierra.

Las comunicaciones privadas y seguras son fundamentales para el uso de Internet y el comercio electrónico, y es importante establecer una red segura con protección global de datos. La criptografía de clave pública tradicional generalmente se basa en la intratabilidad computacional de ciertas funciones matemáticas. A diferencia de, La distribución de clave cuántica (QKD) utiliza cuantos de luz individuales (fotones individuales) en estados de superposición cuántica para garantizar la seguridad incondicional entre partes distantes. Previamente, la distancia de comunicación cuántica se ha limitado a unos pocos cientos de kilómetros debido a las pérdidas de fibras del canal óptico o al espacio libre terrestre. Una solución prometedora a este problema aprovecha los enlaces basados ​​en satélites y el espacio, que puede conectar convenientemente dos puntos remotos en la Tierra con una pérdida de canal muy reducida, ya que la mayoría de la ruta de propagación de los fotones es a través del espacio vacío con pérdida y decoherencia insignificantes.

Un equipo multidisciplinario multidisciplinario de científicos de la Academia de Ciencias de China, dirigido por el profesor Jian-Wei Pan, ha pasado más de 10 años desarrollando un sofisticado satélite, Micius, dedicado a los experimentos de ciencia cuántica, que se lanzó en agosto de 2016 y orbita a una altitud de ~ 500 km. Cinco estaciones terrestres en China se coordinan con el satélite Micius. Estos se encuentran en Xinglong (cerca de Beijing), Nanshan (cerca de Urumqi), Delingha (37 ° 22'44.43''N, 97 ° 43'37.01 "E), Lijiang (26 ° 41'38.15''N, 100 ° 1'45.55''E), y Ngari en el Tíbet (32 ° 19'30.07''N, 80 ° 1'34,18''E).

Dentro de un año después del lanzamiento, Se lograron tres hitos clave para 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 magnitud mayores que la transmisión directa a través de fibras ópticas a la misma longitud de 1200 km. Los tres experimentos son los primeros pasos hacia una Internet cuántica global basada en el espacio.

El QKD basado en satélites ahora se ha combinado con redes cuánticas metropolitanas, en el que se utilizan fibras para conectar de manera eficiente y conveniente a numerosos usuarios dentro de una ciudad en 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 comunicaciones cuánticas basada en fibra más grande se ha construido en China, también 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. El gobierno está probando la red troncal 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. Para demostrar aún más el satélite Micius como una plataforma robusta para la distribución de claves cuánticas con diferentes estaciones terrestres en la Tierra, QKD desde el satélite Micius a la estación terrestre Garz cerca de Viena también se ha realizado con éxito este junio en colaboración con el profesor Anton Zeilinger de la Academia de Ciencias de Austria. El satélite establece así una clave segura entre él mismo y, decir, Xinglong, y otra clave entre él y, decir, Graz. Luego, a petición de las estaciones de mando en tierra, Micius actúa como un relé de confianza. Realiza operaciones OR exclusivas bit a bit entre las dos teclas y transmite el resultado a una de las estaciones terrestres. De esa manera, Se crea una clave secreta entre China y Europa en lugares separados por 7600 km en la Tierra. Este trabajo apunta hacia una solución eficiente para una red cuántica global de ultra larga distancia.

Una imagen de Micius (con un tamaño de 5.34 kB) fue transmitida desde Beijing a Viena, y una foto de Schrödinger (con un tamaño de 4,9 kB) de Viena a Pekín, utilizando una clave cuántica segura de aproximadamente 80 kbit para la codificación de almohadilla de una sola vez.

También se llevó a cabo una videoconferencia intercontinental entre la Academia de Ciencias de China y la Academia de Ciencias de Austria. empleando el protocolo Advanced Encryption Standard (AES) -128 que actualizaba las claves semilla de 128 bits cada segundo. La videoconferencia duró 75 minutos con una transmisión de datos total de ~ 2 GB, que incluía? 560 kbit de la clave cuántica intercambiada entre Austria y China. El estudio se publicará en Cartas de revisión física .