В современном обществе общение стало неотъемлемой частью человеческой жизни, и с быстрым развитием науки и техники наши методы общения также постоянно обновляются и развиваются. В последние годы квантовая коммуникация как привлекательная область постепенно входит в поле зрения людей. По сравнению с традиционными методами связи, квантовая связь, обладающая исключительным потенциалом безопасности и эффективности передачи, открывает новые возможности для построения более надежных и безопасных спутниковых сетей.
Квантовые коммуникации — это область исследований, которая изучает, как использовать квантовую механику для безопасной отправки и получения информации. Он использует фундаментальные свойства квантовой физики, такие как суперпозиция и запутанность, для достижения безопасной и эффективной передачи данных. В классической коммуникации информация обычно кодируется битами, представленными как 0 или 1. Однако в квантовой связи кубиты используются для кодирования информации. В отличие от классических битов, кубиты могут существовать в суперпозиции состояний 0 и 1 одновременно, что позволяет проводить более сложные и мощные вычисления.
Одним из ключей к квантовой коммуникации является квантовое распределение ключей (QKD). QKD позволяет взаимодействующим сторонам безопасно обмениваться ключом, который затем можно использовать для шифрования и дешифрования сообщений. Безопасность QKD основана на принципах квантовой механики и может противостоять подслушиванию или хакерским атакам.
Еще одна важная концепция квантовой коммуникации — квантовая телепортация (QT). QT позволяет переносить квантовое состояние частицы из одного места в другое без физического перемещения самой частицы. Это явление основано на принципе запутанности, согласно которому состояние одной частицы связано с другой, независимо от расстояния между ними.
Квантовые коммуникации могут произвести революцию в безопасных коммуникациях и криптографии и обеспечить более быстрые и эффективные вычисления с помощью квантовых вычислений. Это активная область исследований и разработок с перспективами в таких областях, как безопасная связь, квантовые сети и квантовые вычисления.
Одна из основных проблем спутниковой связи заключается в том, что сигналы легко перехватить или взломать. Традиционные методы шифрования уязвимы, поскольку злоумышленники могут перехватывать сигналы и манипулировать ими во время передачи. Квантовые коммуникации, в частности QKD, решают эту проблему, предоставляя метод принципиально безопасного обмена ключами шифрования. Спутниковая QKD может обеспечить безопасный канал связи между наземными станциями и спутниками. Используя квантовые принципы, QKD может устанавливать безопасные ключи шифрования для предотвращения перехвата, например передачи запутанных частиц или фотонов. Безопасность QKD заключается в том, что любая попытка подслушивания квантовой связи нарушит квантовое состояние, тем самым предупреждая обе общающиеся стороны о присутствии злоумышленника.
Спутниковая связь также извлекает выгоду из уникальных возможностей квантовой телепортации. КТ позволяет передавать квантовые состояния между запутанными частицами независимо от их физического расстояния. Это позволяет передавать квантовую информацию с наземных станций на спутники и наоборот без необходимости физической передачи квантовых состояний. Это может повысить эффективность связи и передачи данных спутниковых систем. Кроме того, квантовая связь может функционировать в безопасных квантовых сетях множества спутников и наземных станций. Эти сети обеспечивают безопасную связь и обмен информацией между узлами, что позволяет разрабатывать передовые спутниковые приложения, такие как глобальное распределение данных, квантовое зондирование и распределенные квантовые вычисления.
Квантовые коммуникации окажут свое влияние в различных областях спутниковой связи, как в текущих приложениях, так и в будущих разработках. Вот некоторые из областей, в которых квантовая связь оказывает или, как ожидается, окажет влияние: спутники с очень высокой пропускной способностью (VHTS), гибридные спутниково-наземные сети, Интернет вещей (IoT), осведомленность о космической ситуации (SSA), лазерная связь, Обслуживание на орбите, геостационарная переходная орбита (GTO), спутниковая связь 6G, малые спутниковые сети, прямая связь с устройством (D2D), спутники связи с высокой пропускной способностью, спутники квантовой связи, искусственный интеллект (ИИ), группировка низкоорбитальных спутников цепочка (LEO), спутники на геостационарной орбите (GEO), CubeSats.
Квантовая спутниковая связь может повлиять на все аспекты вышеупомянутых приложений и технологий спутниковой связи, обеспечивая безопасное шифрование, защиту конфиденциальных данных, обеспечение эффективной связи и поддержку разработки передовых систем, таких как квантовые вычисления и искусственный интеллект.
Значительные достижения в области квантовых коммуникаций открыли двери для преобразующих приложений. В 2017 году была завершена и открыта первая в мире магистральная линия квантовой защищенной связи протяженностью 2000 километров, «Магистральная линия Пекин-Шанхай», первоначально создавшая глобальную сеть квантовой связи. Это не только историческая веха, но и показывает потенциал этой технологии. На основе этого успеха в 2018 году Quantum Xchange, первый провайдер сети QKD в США, объявил о строительстве первого в США квантового Интернета — Phio, общей протяженностью 805 километров вдоль восточного побережья США. от Вашингтона до Бостона Впервые в Соединенных Штатах создана межштатная коммерческая сеть QKD.
Благодаря постоянному развитию технологий в период с 2012 по 2014 год в Чжэцзяне и Пекине были созданы такие отечественные компании, как Jiuzhou Quantum, China Quantum и Zhongchuangwei Quantum соответственно. В целом, до 2016 года в конкурсе по квантовой связи участвовало всего несколько компаний. постепенно становится популярной отраслью.
Достижения в области технологий позволили квантовой связи произвести революцию в коммуникации в различных областях. Поскольку зрелость квантовых коммуникаций продолжает расти, квантовые коммуникации получат более широкое распространение, и все больше компаний будут вносить свой вклад в эту быстро развивающуюся область.
Эталонное соединение:
https://africanews.space/quantum-communication-in-satellite-networks/