Wyścig w kosmos kwantowy już jest

Europa bierze udział w wyścigu o wprowadzenie technologii kwantowej w kosmos, z co najmniej trzema przedsięwzięciami publiczno-prywatnymi na wystrzelenie kwantowego satelity komunikacyjnego. Trend po drugiej stronie Atlantyku rodzi oczywiste pytanie: gdzie są Stany Zjednoczone w tym wyścigu, który zdominowali Chińczycy od czasu wysłania pierwszego satelity kwantowego w 2016 roku. Odpowiedź ma implikacje strategiczne i technologiczne.

Satelita kwantowy wykorzystuje fotony, które są nierozerwalnie połączone lub „uwikłane” przez fizykę kwantową, aby komunikować się ze stacją naziemną. Łącze splątane kwantowo pozwala na teleportację informacji z prędkością światła, ale oznacza również, że każda próba przechwycenia sygnału natychmiast zrywa łącze, uniemożliwiając włamanie. Satelity komunikacji kwantowej staną się nie tylko węzłami przyszłego Internetu kwantowego, ale także węzłami sieci odpornych na włamania do przesyłania tajnych danych i komunikacji – nie wspominając o architekturze dowodzenia i kontroli, która będzie integralną częścią dominacji domeny kosmicznej.

W zeszłym miesiącu Europejska Agencja Kosmiczna ogłosił plan wystrzelenia satelity kwantowego przez konsorcjum 20 firm w 2024 r. Satelita będzie wykorzystywał technologię dystrybucji klucza kwantowego (QKD). tj. wymiana kluczy szyfrowania znanych tylko między wspólnymi stronami. dla europejskich sieci komunikacyjnych z zabezpieczeniem kwantowym. Satelita będzie latał na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEOLEO
) i będzie podłączony do centrum operacyjnego z siedzibą w Luksemburgu.

W lutym singapurska firma lotnicza SpeQtral również ogłosił W 1 r. wystrzeli swojego pierwszego satelitę QKD, SpeQtral-2024, z pomocą singapurskiego Biura Technologii i Przemysłu Kosmicznego oraz francuskiej firmy lotniczej Thales. Nie czekając na prześcignięcie pod tym względem, Virgin Orbit nawiązała współpracę z brytyjską firmą Arqit Quantum for nie mniej niż pięć startów satelitów LEO QKD, począwszy od 2023 roku. Co ciekawe, te wystrzelenia posłużyłyby potencjalnym klientom rządowym dzięki „Federated Quantum System” Arqit, który jest obecnie dostępny tylko dla departamentów obrony państw Five Eyes.

QKD to sprawdzona technologia: firmy takie jak IDQuantique w Szwajcarii i QLabs w Australii od lat dostarczają klientom szyfrowanie kwantowe (pełne ujawnienie: obie są członkami statutowymi inicjatywy Quantum Alliance Initiative Hudson Institute). Wdrożenie tej technologii w kosmosie jest trudniejsze, a wszystkie te projekty satelitarne będą eksperymentami – przynajmniej na początku. Jednak to Chiny wystrzeliły pierwszego satelitę kwantowego w 2016 roku, nazwanego Micius, a rok później wykorzystały go do ustalenia, jak osiągnąć długodystansową komunikację QKD między stacjami naziemnymi oddalonymi od siebie o ponad 1200 km. W lipcu Chiny wysłały drugiego satelitę szyfrującego kwanty, który ma podobno jedną szóstą masy swojego poprzednika z 2016 roku.

Ponadto wg Science Daily, w sierpniu orbitujące w Chinach laboratorium kosmiczne Tiangong-2 przesłało klucze szyfrowania kwantowego do czterech stacji naziemnych – tych samych stacji naziemnych, które mogą odbierać klucze kwantowe z orbitującego satelity Micius, który wykorzystuje stację kosmiczną jako przemiennik.

Wszystko to są kroki w kierunku stworzenia konstelacji satelitów kompatybilnych z szyfrowaniem kwantowym na różnych orbitach, przekazujących komunikację na duże odległości, która jest niemożliwa do zhakowania i nieprzejrzysta dla tych, którzy nie mają dostępu do klucza kwantowego.

Więc gdzie w tym wszystkim są Stany Zjednoczone? O dziwo, mimo że pierwsza w historii sieć QKD została stworzona przez Agencję Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony w 2003 roku, nasz rząd, a zwłaszcza nasza Agencja Bezpieczeństwa Narodowego, były w dużej mierze obojętne na możliwości komunikacji opartej na uwikłaniu i QKD, jednocześnie sugerując zainteresowanie Chin w technologii była stratą czasu i pieniędzy. Ostatnio Laboratorium Badawcze Sił Powietrznych sfinansował badania o używaniu dronów w sieciach splątanych kwantowo, ale ci, którzy nadzorują te wysiłki, nie widzą, w jaki sposób korzystanie z technologii kwantowej, która działa tylko wtedy, gdy stacja satelitarna i naziemna są w idealnym położeniu, oznacza znaczną poprawę w obecnych systemach.

Chociaż US CHIPSBIODRA
i Nauka z 2022 r., podpisana przez prezydenta Bidena w sierpniu, przeznacza ponad 153 miliony dolarów rocznie w przypadku obliczeń kwantowych i sieci, prawdopodobnie nie będzie zachęcać do dalszej pracy nad systemami opartymi na QKD w niebie.

Ta postawa może się jednak zmienić, jeśli Chińczycy i Europejczycy będą w stanie zademonstrować, jak stworzyć prawdziwą sieć opartą na QKD, wykorzystującą wiele satelitów podłączonych do wielu stacji naziemnych – sieć poza zasięgiem nawet najbardziej wyrafinowanego hakera.

Biorąc wszystko pod uwagę, jeśli Stany Zjednoczone zamierzają przystąpić do wyścigu satelitów kwantowych, jest mało prawdopodobne, że zrobią to same. Zamiast tego ci, którzy chcieliby, aby Ameryka skorzystała z tego powstającego pojedynku technologicznego, będą musieli zachęcić zagranicznego partnera do podjęcia działań i zaoferowania pomocy w zmotywowaniu naszych naukowców, inżynierów i ostatecznie rządu do wykonania kolejnego wielkiego skoku, tym razem w sferę kosmosu.