A equipe de pesquisa da Universidade de Ciência e Tecnologia da China e seus colaboradores alcançaram a primeira distribuição de chaves quânticas satélite-solo em tempo real entre micro-nano satélites quânticos e estações terrestres miniaturizadas e móveis do mundo, e realizaram compartilhamento de chaves e retransmissão de dados entre a China e a África do Sul, que estão separadas por mais de 12.900 quilômetros.A revista acadêmica internacional Nature publicou resultados de pesquisas relevantes online em 20 de março.

A Universidade de Stellenbosch, na África do Sul, implementa a primeira ligação quântica de satélites do Hemisfério Sul. O microssatélite Jinan-1 foi lançado na órbita baixa da Terra e transmitiu chaves de segurança através de uma estação terrestre portátil instalada no telhado do prédio de engenharia da Universidade de Stellenbosch. O experimento será realizado em outubro de 2024. Fonte da imagem: IgnusDreyer

A comunicação quântica segura baseada na distribuição de chaves quânticas é o único método de comunicação que pode alcançar a segurança "comprovável pela teoria da informação" até agora. Atualmente, a comunicação quântica intermunicipal metropolitana baseada em links de fibra óptica amadureceu e foi inicialmente aplicada. Para alcançar uma comunicação quântica segura de longa distância e até mesmo global, é necessário superar a perda inerente de fibra óptica e a dificuldade de cobertura global.

Pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, incluindo Pan Jianwei, Peng Chengzhi e Liao Shengkai, colaboraram com diversas instituições de pesquisa científica para resolver problemas importantes e realizaram uma série de pesquisas inovadoras em comunicações quânticas satélite-solo. Por exemplo, em termos de "estrelas", fez avanços numa série de tecnologias-chave e desenvolveu o primeiro micro-nano satélite quântico do mundo "Jinan-1"; em termos de "solo", desenvolveu ainda um sistema de estação terrestre miniaturizado, reduzindo significativamente o seu peso para facilitar a rápida implantação.

Yaseera Ismail, física quântica do Departamento de Física da Universidade de Stellenbosch, na África do Sul, liderou a equipe sul-africana no projeto. Fonte da imagem: StefanEls

Neste trabalho de pesquisa, micro-nano satélites quânticos estabeleceram links ópticos com estações ópticas terrestres, como Jinan, Hefei, Pequim e Stellenbosch, na África do Sul, para realizar experimentos de distribuição de chaves quânticas satélite-solo em tempo real. A fonte de luz de estado de engodo quântico espacial envia uma média de 250 milhões de fótons de sinal por segundo, combinada com comunicações ópticas de uplink e downlink para obter extração de chaves em tempo real; e usando satélites como retransmissores confiáveis, a equipe de pesquisa realizou ainda o compartilhamento de chaves e a retransmissão de dados entre a Estação de Pequim no solo e a Estação de Stellenbosch na África do Sul.

Este trabalho de pesquisa estabelece uma base sólida para o futuro lançamento de múltiplos micro-nano satélites para construir uma "constelação quântica". Não só fornece apoio técnico fundamental para a construção de redes de comunicação quântica práticas em grande escala, mas também abre um novo caminho de desenvolvimento para a implantação global da Internet quântica.

O revisor da revista "Nature" acredita que esta conquista "demonstra a maturidade da tecnologia de distribuição quântica de chaves por satélite e representa um marco na realização de constelações de satélites de comunicação quântica e clássica".