微卫星空间量子通信-更安全的防窃听通信技术

  本文摘要：据报，在较低地球轨道运营的被称作SOCRATES的微卫星和光学地面站（OGS）之间展开的量子容许通信实验中，研究人员需要从卫星上的小型轻量级量子通信发射器检测通信信号。该取名为SOTA的发射器以每小时7公里的速度从600公里（大约37英里）的高度以每秒1000万比特的速度传输激光信号。上述卫星信息是通过来自坐落于日本小金井市的OGS展开接管的。这些信号通过1米望远镜在OGS一处接管，该望远镜用作搜集所升空的光子并将其引领到量子接收器。

据报，在较低地球轨道运营的被称作SOCRATES的微卫星和光学地面站（OGS）之间展开的量子容许通信实验中，研究人员需要从卫星上的小型轻量级量子通信发射器检测通信信号。该取名为SOTA的发射器以每小时7公里的速度从600公里（大约37英里）的高度以每秒1000万比特的速度传输激光信号。上述卫星信息是通过来自坐落于日本小金井市的OGS展开接管的。这些信号通过1米望远镜在OGS一处接管，该望远镜用作搜集所升空的光子并将其引领到量子接收器。

同时用于量子密钥分配（QKD）协议对信息展开了解码。这项在国家信息和通信技术研究所（NICT）展开的研究指出，可以用小型、低成本的卫星构建卫星量子通信。SOCRATES是一个重达50公斤的卫星。而该取名为SOTA的发射器重6公斤。

由于激光束的收敛以及望远镜搜集光子的孔径受限，从SOTA传输的信号遭到了巨大损失，大多数传输的光子在抵达接收器之前就早已遗失。另外，许多光子被集中并被大气所吸取。

结果，抵达OGS的信号十分很弱，每个脉冲平均值装载多于0.1个光子。由于这种很弱信号无法通过常规光电检测器来检测，所以量子接收器用于了光子计数器-可以检测单个光子的极为脆弱的检测器。这样一来就构建了比传统的卫星光通信更加有效地的通信。此外，通过用于每个脉冲具备多于一个光子的信号，量子加密将构建对监听的监测。

量子状态由具备四个光子计数器的接收器区分，其量子误码率高于百分之五，指出该技术对卫星对地面激光通信和QKD的适用性。这项研究指出，长距离通信可以在电力极低的情况下构建，可以为航天探寻展开深空光通信获取新的途径。研究人员计划提升传输速度以及追踪技术的精度。

最终目标是通过用于量子密码学来最大限度地提升从空间到地面的安全性密钥交付给。反过来，随着量子计算机技术的变革，这将使得全球安全性通信网络需要抵挡来自量子计算机的未来潜在的安全性威胁。

该研究公开发表在《NaturePhotonics》上。

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