Die Quantenphysik, eine im Vergleich zu vielen anderen relativ neuere wissenschaftliche Disziplin, hat sich damit befasst, die Existenz einiger der kleinsten Teilchen zu bestätigen, aus denen sich alles um uns herum zusammensetzt.
Im weiteren Verlauf des 21. Jahrhunderts mögen integrierte Realitäten Quantencomputer verschieben die Grenzen noch weiter; der transformativste Bereich der Zukunft und darüber hinaus ist die Anwendung einiger der Prinzipien zur Festlegung verschiedener globale Netzwerke .
Jetzt teilt ein Forscherteam in Italien die Ergebnisse einer wegweisenden Studie mit, in der die Machbarkeit der Durchführung von Quantenkommunikation zwischen einer Bodenstation und zwei hoch umlaufenden globalen Navigationssatellitensystemen GNSS getestet wurde.
Sie haben nicht nur ihr Ziel erfolgreich erreicht, sondern der erzielte Austausch auf Einzelphotonenebene war in einer Entfernung von mehr als 20.000 km .
Ein dramatischer erster Schritt
Dies ist das erste Mal, dass ein solcher Austausch zwischen zwei verschiedenen Satelliten stattgefunden hat: Die Studie umfasste das Space Geodesy Center der italienischen Weltraumbehörde und die russische GLONASS-Konstellation.
Diese verbesserte Methode bietet viele Vorteile, da "Satelliten mit hoher Umlaufbahn aufgrund der hohen Beugungsverluste des optischen Kanals eine große technologische Herausforderung darstellen und die experimentelle Untersuchung solcher Quantenkanäle noch fehlt", so das Team. gestresst .
Als Co-Hauptautor Professor Paolo Villoresi erklärt das Experiment ermöglichte es den Forschern, wertvolle Informationen darüber zu erhalten, wie zukünftige Arbeiten mit Satelliten mit hoher Umlaufbahn durchgeführt werden können :
"In unserem Experiment wurden die auf den Satelliten montierten passiven Rückstrahler verwendet. Durch Schätzen der tatsächlichen Verluste des Kanals können wir die Eigenschaften sowohl einer dedizierten Quantennutzlast als auch einer empfangenden Bodenstation bewerten."
Aufbau eines globalen Quantennetzwerks
Als Dr. Giuseppe Vallone, Assistenzprofessor und Co-Hauptautor des Instituts für Informationstechnik der Universität Padua Aktien, Der Aufbau eines globalen Quantennetzwerks wird sich dramatisch auf jeden Sektor der Gesellschaft auswirken :
"Satellitenbasierte Technologien ermöglichen eine breite Palette ziviler, wissenschaftlicher und militärischer Anwendungen wie Kommunikation, Navigation und Timing, Fernerkundung, Meteorologie, Aufklärung, Suche und Rettung, Weltraumforschung und Astronomie.
Der Kern dieser Systeme besteht darin, Informationen und Daten von umlaufenden Satelliten sicher an Bodenstationen auf der Erde zu übertragen. Der Schutz dieser Kanäle vor böswilligen Gegnern ist daher sowohl für militärische als auch für zivile Operationen von entscheidender Bedeutung. "
Dies ist ein großer Schritt in den Bemühungen, solide Fähigkeiten zur Unterstützung der satellitengestützten Quantenkommunikation QC aufzubauen.
"QC könnte auch interessante Lösungen für die GNSS-Sicherheit sowohl für Satelliten-Boden- als auch für Inter-Satelliten-Verbindungen bieten, die neuartige und bedingungslos sichere Protokolle für die Authentifizierung, Integrität und Vertraulichkeit ausgetauschter Signale liefern könnten", Co-Hauptautor ProfessorPaolo Villoresi kommentiert .
Obwohl dies eine historische Premiere ist, baut sie in diesem aufstrebenden Gebiet Schwung auf. Als Dr. Giuseppe Bianco, Direktor des Space Geodesy Center der italienischen Weltraumbehörde und Mitautor, sagte , "Der Einzelphotonenaustausch mit einem GNSS-Satelliten ist ein wichtiges Ergebnis sowohl für wissenschaftliche als auch für Anwendungsperspektiven.
Es passt perfekt in die italienische Roadmap für Space Quantum Communications und ist die neueste Errungenschaft unserer Zusammenarbeit mit der Universität von Padua, die seit 2003 stetig voranschreitet. "
Details zur Studie erscheinen in einem Artikel betitelt "Auf dem Weg zur Quantenkommunikation vom globalen Navigationssatellitensystem", veröffentlicht am 20. Dezember im Quantenwissenschaft und -technologie Tagebuch