Uma equipe conjunta da China e da Áustria realizou a distribuição quântica de chaves entre o satélite de ciência quântica Micius e várias estações terrestres localizadas em Xinglong (perto de Pequim), Nanshan (perto de Urumqi), e Graz (perto de Viena). Esses experimentos demonstram a troca segura de satélite para o solo de chaves criptográficas durante a passagem do satélite Micius sobre uma estação terrestre. Usando Micius como um retransmissor confiável, uma chave secreta foi criada entre a China e a Europa em locais separados até 7, 600 km na Terra.

Comunicações privadas e seguras são fundamentais para o uso da Internet e comércio eletrônico, e é importante estabelecer uma rede segura com proteção global de dados. A criptografia de chave pública tradicional geralmente depende da intratabilidade computacional de certas funções matemáticas. Em contraste, A distribuição quântica de chaves (QKD) usa quanta de luz individual (fótons únicos) em estados de superposição quântica para garantir segurança incondicional entre partes distantes. Anteriormente, a distância de comunicação quântica foi limitada a algumas centenas de quilômetros devido a perdas de canais ópticos de fibras ou espaço livre terrestre. Uma solução promissora para este problema explora links de satélite e baseados no espaço, que pode conectar convenientemente dois pontos remotos na Terra com perda de canal bastante reduzida, como a maioria do caminho de propagação dos fótons é através do espaço vazio com perda insignificante e decoerência.

Uma equipe multidisciplinar e multi-institucional de cientistas da Academia Chinesa de Ciências, liderado pelo professor Jian-Wei Pan, passou mais de 10 anos desenvolvendo um satélite sofisticado, Micius, dedicado a experimentos de ciência quântica, que foi lançado em agosto de 2016 e orbita a uma altitude de ~ 500 km. Cinco estações terrestres na China estão em coordenação com o satélite Micius. Eles estão localizados em Xinglong (perto de Pequim), Nanshan (perto de Urumqi), Delingha (37 ° 22'44,43''N, 97 ° 43'37,01 "E), Lijiang (26 ° 41'38,15''N, 100 ° 1'45,55''E), e Ngari no Tibete (32 ° 19'30.07''N, 80 ° 1'34,18''E).

Dentro de um ano após o lançamento, três marcos importantes para uma internet quântica em escala global foram alcançados:QKD de estado-chamariz satélite-solo com taxa de kHz ao longo de uma distância de aproximadamente 1200 km (Liao et al. 2017, Nature 549, 43); distribuição de emaranhamento baseada em satélite para dois locais na Terra separados por ~ 1200 km e teste de Bell (Yin et al. 2017, Science 356, 1140), e teletransporte quântico solo-satélite (Ren et al. 2017, Nature 549, 70). As eficiências de link efetivas no QKD baseado em satélite foram medidas em aproximadamente 20 ordens de magnitude maiores do que a transmissão direta através de fibras ópticas no mesmo comprimento de 1200 km. Os três experimentos são os primeiros passos em direção a uma internet quântica global baseada no espaço.

O QKD baseado em satélite foi agora combinado com redes quânticas metropolitanas, em que as fibras são usadas para conectar de forma eficiente e conveniente vários usuários dentro de uma cidade em uma escala de distância de aproximadamente 100 km. Por exemplo, a estação de Xinglong agora foi conectada à rede quântica de vários nós metropolitana em Pequim por meio de fibras ópticas. Muito recentemente, o maior backbone de comunicação quântica baseado em fibra foi construído na China, também pela equipe do Professor Pan, ligando Pequim a Xangai (passando por Jinan e Hefei, e 32 relés confiáveis) com um comprimento de fibra de 2.000 km. O backbone está sendo testado para aplicativos do mundo real pelo governo, bancos, títulos e companhias de seguros.

O satélite Micius pode ser ainda mais explorado como um relé confiável para conectar convenientemente quaisquer dois pontos na Terra para troca de chaves de alta segurança. Para demonstrar ainda mais o satélite Micius como uma plataforma robusta para distribuição de chaves quânticas com diferentes estações terrestres na Terra, O QKD do satélite Micius para a estação terrestre Garz perto de Viena também foi executado com sucesso em junho em colaboração com o Professor Anton Zeilinger da Academia Austríaca de Ciências. O satélite, portanto, estabelece uma chave segura entre si e, dizer, Xinglong, e outra chave entre si e, dizer, Graz. Então, a pedido das estações de comando terrestre, Micius atua como um retransmissor confiável. Ele executa operações OR exclusivas bit a bit entre as duas chaves e retransmite o resultado para uma das estações terrestres. Dessa maneira, uma chave secreta é criada entre a China e a Europa em locais separados por 7600 km na Terra. Este trabalho aponta para uma solução eficiente para uma rede quântica global de ultra longa distância.

Uma foto de Micius (com um tamanho de 5,34 kB) foi transmitida de Pequim para Viena, e uma foto de Schrödinger (com um tamanho de 4,9 kB) de Viena a Pequim, usando chave quântica segura de aproximadamente 80 kbit para codificação one-time-pad.

Uma videoconferência intercontinental também foi realizada entre a Academia Chinesa de Ciências e a Academia de Ciências da Áustria, empregando o protocolo Advanced Encryption Standard (AES) -128 que atualizava as chaves de semente de 128 bits a cada segundo. A videoconferência durou 75 minutos com uma transmissão total de dados de aproximadamente 2 GB, que incluiu? 560 kbit da chave quântica trocada entre a Áustria e a China. O estudo será publicado em Cartas de revisão física .