- Pesquisadores chineses relatam um microssatélite quântico compacto que alcança comunicações seguras terra-terra por meio da distribuição quântica de chaves (QKD) com estações terrestres portáteis.
- O microssatélite, pesando apenas 23 quilogramas, representa uma redução significativa em tamanho e peso em comparação com satélites quânticos anteriores, facilitando uma implantação rápida e flexível.
- O sistema alcançou comunicação segura em tempo real, compartilhando até 0,59 milhão de peças de chaves seguras em um único satélite.
Uma equipe de pesquisa chinesa relata que desenvolveu e demonstrou com sucesso um microssatélite quântico compacto capaz de distribuição de chaves quânticas (QKD) espaço-solo usando estações terrestres leves e portáteis, de acordo com pesquisa publicada no servidor de pré-impressão ArXiv.
O microssatélite, pesando pouco mais de 20 quilos, representa uma redução significativa de tamanho e peso em comparação com os satélites quânticos anteriores, permitindo uma implantação rápida e flexível. A equipe relata que o sistema alcançou comunicação segura em tempo real, compartilhando até 0,59 milhão de peças de chaves seguras em um único satélite, marcando um grande passo em direção a uma rede quântica global.
Embora os desafios permaneçam, este avanço poderá ser um passo no sentido da realização de uma rede quântica global, uma tecnologia que poderá fornecer comunicações seguras e outras aplicações de computação avançadas. A natureza móvel da rede também proporcionará vários benefícios importantes de segurança e defesa nacional.
Inovação em microssatélites
Uma equipe de pesquisadores, incluindo membros da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC), da Academia Chinesa de Ciências (CAS) e da Quantum CTek Co., projetou um microssatélite quântico com uma carga útil de 23 kg – isso é cerca de 50 quilos ou o peso de um grande saco de comida de cachorro. Esta é uma redução significativa em comparação com o satélite Micius construído anteriormente, que tem uma carga útil que pesa dez vezes mais – cerca de 250 quilos. O microssatélite, chamado Jinan-1, foi lançado em uma órbita sincronizada com o Sol de 500 quilômetros em julho de 2022, de acordo com o jornal, e desde então demonstrou sua capacidade de compartilhar com segurança chaves quânticas entre o espaço e as subestações.
A distribuição de chaves quânticas (QKD) é um método que usa princípios da mecânica quântica para compartilhar com segurança chaves de criptografia entre duas partes. Ao contrário dos métodos convencionais de criptografia, que dependem de algoritmos matemáticos complexos, o QKD garante que qualquer tentativa de interceptar a chave será imediatamente descoberta. Isto torna o QKD uma opção atraente para proteger comunicações confidenciais contra potenciais ameaças cibernéticas.
Estações de piso leves
Além do satélite, a equipe de pesquisa está construindo estações terrestres portáteis, cada uma pesando 100 quilos. Isto representa uma redução significativa em relação às estações terrestres ópticas tradicionais, que podem pesar mais de 13.000 libras.
A portabilidade destas estações terrestres abre possibilidades para a sua utilização em ambientes diversos e desafiantes, desde áreas urbanas a áreas montanhosas remotas. Em termos de aplicações militares, 100 quilogramas equivalem aproximadamente ao mesmo peso que a armadura de combate completa de um soldado, abrindo possibilidades de utilização por soldados que estão constantemente em movimento em terrenos acidentados.
As estações terrestres estão equipadas com telescópios e detectores especiais capazes de receber sinais quânticos de satélites. Os pesquisadores projetaram essas estações para serem fáceis de montar e rápidas de usar, exigindo apenas de três a cinco horas para serem totalmente configuradas. Esta flexibilidade pode tornar a tecnologia acessível a uma ampla variedade de utilizadores, incluindo governos, empresas, forças armadas e instituições científicas.
Comunicação segura em tempo real
Talvez a conquista mais importante relatada no estudo seja a capacidade de realizar comunicações seguras em tempo real. Segundo o artigo, a equipe de pesquisa utilizou um sistema de comunicação óptica multiplexada bidirecional – envio e recebimento – satélite-solo, que permitiu a transmissão simultânea de chaves quânticas e dados primitivos. A configuração permitiu que os pesquisadores conseguissem a destilação de chaves – um processo chave para gerar chaves de criptografia seguras – durante uma única passagem de satélite, compartilhando até 0,59 milhão de peças de chaves seguras de uma só vez.
A comunicação satélite-solo foi possível graças ao uso de um sistema de rastreamento de precisão, que manteve o satélite e as estações terrestres perfeitamente alinhados durante a transmissão das chaves. Este sistema utiliza uma combinação de controle de atitude do satélite e visão avançada para manter uma ligação precisa entre a carga útil do satélite e o telescópio da estação terrestre.
Desafios e Perspectivas Futuras
Embora o desenvolvimento de microssatélites quânticos e estações terrestres móveis seja uma conquista tecnológica importante, vários desafios permanecem antes que uma rede quântica global possa ser plenamente realizada. Um dos principais obstáculos é ampliar a tecnologia para construir uma constelação de satélites quânticos capazes de fornecer cobertura global contínua.
Os autores deste estudo sugerem que os esforços futuros poderiam se concentrar na integração de sistemas-chave de distribuição quântica em chips fotônicos, simplificando ainda mais as cargas úteis e tornando-as mais acessíveis. Além disso, eles propõem explorar a viabilidade do QKD diurno satélite-solo, o que permitiria serviços de comunicações seguros 24 horas por dia. Uma combinação de satélites em diferentes altitudes e tipos de órbita também pode melhorar o desempenho e a confiabilidade de uma rede quântica.
Outro caminho para pesquisas futuras é o desenvolvimento de repetidores quânticos baseados em satélite, que poderiam estender o alcance do QKD além das limitações de uma única passagem de satélite. Avanços como esse poderiam abrir caminho para uma rede quântica global, proporcionando níveis de segurança sem precedentes em telecomunicações, computação e aplicações de detecção.
Implicações mais amplas
A demonstração bem-sucedida do QKD baseado em satélite com um sistema leve e portátil tem amplas implicações para o futuro das comunicações seguras, escrevem os pesquisadores. À medida que as ameaças cibernéticas continuam a evoluir, a capacidade de transferir informações com segurança a longas distâncias sem o risco de intercepção pode ser inestimável. Governos, organizações militares, instituições financeiras e prestadores de cuidados de saúde estão entre os setores que podem estar a fazer fila para utilizar a tecnologia de comunicação quântica.
Como um passo na direção científica, o desenvolvimento de uma constelação de satélites quânticos poderia ser importante no campo mais amplo da ciência da informação quântica. Ao estabelecer uma rede quântica global, os investigadores podem explorar novas possibilidades na computação quântica e na detecção quântica, o que pode levar a melhorias que são actualmente inimagináveis.
Além de USTC, CAS e Quantum CTek Co., outros participantes importantes incluem Centro Nacional de Pesquisa de Hefei para Ciências Físicas em Microescala, Centro de Pesquisa de Ciência Quântica de Xangai, Centro CAS de Excelência em Informação Quântica e Física Quântica, Laboratório Nacional de Hefei, Key Laboratório de Tecnologia Optoeletrônica Ativa Espacial, Instituto de Física Técnica de Xangai, Academia de Inovação para Microssatélites da Academia Chinesa de Ciências, Instituto de Tecnologia Quântica de Jinan, CAS Quantum Network Co., Ltd., e Instituto de Ciência e Tecnologia Eletrônica de Pequim. .
Para uma análise mais aprofundada das especificações técnicas, revise a pesquisa da equipe no ArXiv.
