В сфере высокозащищённых коммуникаций произошло знаменательное событие: китайский микроспутник «Цзинань-1» успешно установил первую в истории Южного полушария квантовую спутниковую связь. Приёмной станцией выступил Университет Южной Африки. Этот эксперимент знаменует собой важный шаг в создании глобальных сетей связи, неуязвимых для взлома даже будущими квантовыми компьютерами.
Совместными усилиями китайских и южноафриканских учёных была создана самая длинная в мире межконтинентальная линия квантовой связи протяжённостью 12 900 километров. В ходе демонстрации технологии через спутник были зашифрованно переданы два изображения — Великая Китайская стена и кампус Стелленбошского университета (SU) в ЮАР, соединив таким образом Пекин и окрестности Кейптауна.
Неуязвимая безопасность на принципах квантовой механики
Сердцем технологии является метод квантового распределения ключей (QKD). Данные шифруются с помощью ключей, которые генерируются в реальном времени с использованием отдельных фотонов (частиц света). Китайско-южноафриканская исследовательская группа под руководством профессора Хуан Иня продемонстрировала одноразовое шифрование, которое, согласно законам квантовой физики, принципиально невозможно взломать без обнаружения. Это обеспечивает абсолютную защиту связи между наземными станциями.
Технология QKD использует квантовые состояния фотонов для кодирования информации. Любая попытка перехватить или измерить эти фотоны неизбежно изменяет их состояние, что сразу же обнаруживается легитимными участниками связи и прерывает передачу ключа. Это делает QKD идеальным решением для защиты от угроз, которые несут продвинутые квантовые компьютеры, способные взломать многие из современных криптографических алгоритмов.
Хотя QKD уже применяется в оптоволоконных сетях для банков и правительственных учреждений, у этого метода есть ограничение — затухание сигнала в кабеле. Спутниковая же передача решает эту проблему, позволяя создавать защищённые каналы связи практически в любой точке земного шара.
Лидерство Китая в квантовой гонке
Китай активно развивает это направление под руководством профессора Пань Цзяньвэя. В стране уже развёрнута наземная квантовая сеть протяжённостью 2000 км, соединяющая 32 узла в таких мегаполисах, как Пекин и Шанхай. Предыдущим крупным достижением стал спутник «Micius» (2017 г.), обеспечивший квантовую связь на 7600 км между Китаем и Австрией.
Новый микроспутник «Цзинань-1» представляет собой существенный технологический прогресс. Он в десять раз легче и почти вдвое дешевле своего предшественника. Инженерам удалось значительно уменьшить размеры и вес аппаратуры за счёт использования многофункциональных приборов. Например, одно устройство теперь совмещает задачи управления лазерным лучом и контроля ориентации спутника. Наземный приёмник также стал компактнее — его вес сократился со 13000 кг до портативных 100 кг.
Вклад Южной Африки в квантовые технологии
Со стороны ЮАР работу координировал доктор Ясир Исмаил из Стелленбошского университета. Важную роль сыграл и профессор Франческо Петруччионе, директор Национального института теоретических и вычислительных наук (NITheCS), который ранее создал одну из первых в мире оптоволоконных квантовых сетей в Дурбане. Эти разработки закладывают основу для будущего центра квантовой науки и технологий в Стелленбоше.
Географическое положение университета оказалось идеальным для наземной станции: низкая влажность и частое ясное небо способствуют качественной связи. В ходе одной сессии передачи со спутника южноафриканская станция сгенерировала впечатляющие 1,07 миллиона зашифрованных бит данных.
«Этот успех укрепляет позиции Южной Африки как ключевого участника глобальной квантовой экосистемы, — отметил профессор Петруччионе. — Подобные международные проекты ускоряют научные открытия, развивают местные компетенции и переводят передовые исследования в практические технологические решения».
Перспективы и будущие миссии
Работа в этом направлении продолжается. Профессор Пань Цзяньвэй совместно с оператором China Telecom планирует запуск четырёх новых микроспутников уже в 2026 году. Активность проявляют и другие страны: например, Канада готовит к запуску свой спутник QKD в следующем году. Всего в мире сегодня реализуется около десятка подобных проектов.
«Данный прорыв наглядно показывает, насколько важны инвестиции в фундаментальную науку, такую как квантовые вычисления», — подчеркнул профессор Сибусисо Мойо, вице-президент Стелленбошского университета.
«Мы гордимся нашими исследователями, которые расширяют границы познания. Эта работа полностью соответствует видению университета до 2040 года — стать ведущим африканским исследовательским центром, чьи передовые разработки служат на благо общества», — добавил он.