مخابرات کوانتومی جهانی امکان پذیر می‌شود

مخابرات ما ( محمد – اسپاش) -گروهی از پژوهشگران ایتالیایی در دانشگاه پادوا (Padova) با بررسی روی ماهواره‌ها نشان داده‌اند که مخابرات کوانتومی بین ماهواره‌های ناوبری در ارتفاع بالا و ایستگاه‌های زمینی با تبادل تک فوتونی امکان‌پذیر است. براساس نتایج این بررسی، تبادل کوانتومی داده در فواصلی بیش از ۲۰هزار کیلومتر نیز قابل انجام است. این آزمایش امکان انجام مخابرات کوانتومی امن را در ابعاد جهانی با استفاده از سامانه ماهواره‌ای ناوبری جهانی (Global Navigation Satellite System به‌اختصار GNSS) را نشان داده است. نتایج کامل این بررسی در ژورنال Quantum Science and Technology منتشر شده است.

فناوری‌های ماهواره‌ای کاربردهای گسترده‌ای در زمینه‌های علمی، نظامی، مخابراتی، ناوبری، هواشناسی، سنجش از دور، شناسایی ، کاوش‌های فضایی و ستاره‌شناسی فراهم آورده است. هسته اصلی در همه این کاربردها انتقال امن داده و اطلاعات از ماهواره‌های در مدار به ایستگاه‌های زمینی است. حفاظت این کانال‌ها از هرگونه خرابکاری یا استفاده ناخواسته برای کاربردهای نظامی و غیرنظامی بسیار کلیدی است. مخابرات کوانتومی می‌تواند امنیت انتقال داده بین ماهواره و ایستگاه زمینی و همچنین بین ماهواره‌ها از طریق لینک نوری را با استفاده از پروتکل‌های داده‌های کوانتومی و توزیع کلید کوانتومی (quantum key distribution به‌اختصار QKD) تضمین کند.

پژوهشگران دانشگاه پادوا در آزمایش انجام‌گرفته انتقال چند فوتون در پالس را بین دو ماهواره مختلف در منظومه روسی گلوناس (GLONASS) و مرکز زمین‌سنجی فضایی (Space Geodesy Center) در آژانس فضایی ایتالیا (Italian Space Agency) را آزمودند. نتایج به دست آمده برای نسبت سیگنال به نویز و نسبت تشخیص (detection rate) در این آزمایش، عملی بودن مخابرات کوانتومی را نشان داده است.

در این آزمایش محدودیت فاصله برای تبادل تک فوتونی به مقدار قابل‌توجهی بهبود پیدا کرده است. طولانی‌ترین فاصله‌ای که پیش‌تر تبادل در آن انجام شده بود ۷هزار کیلومتر و در سال ۲۰۱۶ بوده است. در آن آزمایش انتقال داده بین با ماهواره مدار متوسط (Medium-Earth-Orbit به‌اختصار MEO) آزموده شده بود.

اگرچه تبادل داده با ماهواره‌های مرتفع به دلیل تلفات لینک نوری دارای چالش‌های فنی است، اما برای افزایش زمان در دسترس بودن ضروری است. ماهواره‌های کم‌ارتفاع اگرچه برای پوشش جهانی بسیار کارامد هستند اما به دلیل سرعت بالای چرخش فقط زمان کوتاهی از هر ایستگاه زمینی قابل‌مشاهده و دسترس هستند. برعکس ماهواره‌های کم‌ارتفاع، ماهواره‌های مرتفع زمان طولانی‌تری قابل‌مشاهده هستند. این زمان برای ماهواره‌های سامانه GNSS به چند ساعت می‌رسد.

استفاده از مخابرات کوانتومی می‌تواند راهکاری جالب برای امنیت سامانه GNSS در تبادل بین ماهواره‌ها و ماهواره‌ها و ایستگاه زمینی باشد که پروتکل‌های ایمن غیر مشروط برای احراز هویت، امانت و محرمانه بودن تبادل سیگنال فراهم کند.

***