Transceptor Cuántico para Comunicaciones Espaciales Seguras

Transceptor Cuántico para Comunicaciones Espaciales Seguras

1. Distribución de pares de fotones enredados usando la Estación Espacial Internacional (ISS). Los pares de fotones enredados se distribuyen a dos lugares separados en la Tierra.

ABSTRACTO: Informamos sobre el desarrollo de un transceptor fotónico para la comunicación espacial segura, que incluye una fuente de fotones enredados y una fuente de láser de pulso débil. A través de las leyes de la Física Cuántica, permitirá el desarrollo de la comunicación global con una seguridad sin precedentes. El informe fue realizado por profesionales del sector donde Alter Technology Spain ha trabajado conjuntamente con empresas como ICFO, ICREA o LIDAX entre otras.

Introducción

Las comunicaciones cuánticas ofrecen muchas ventajas para la transmisión segura de datos, p. confidencialidad, integridad, detectabilidad del espía. La información está codificada en bits cuánticos (qubits), propiedades físicas intrínsecas, como la polarización de un fotón. La física cuántica permite la información de codificación utilizando la correlación entre dos o más partículas (fotones, átomos). Quantum Key Distribution (QKD) es uno de los métodos innovadores de procesamiento de la información que surgió de las propiedades de “superposición de estados” y “enredo”.
QKD permite que dos (o más) partes sepan cuándo un canal de comunicación es completamente seguro para intercambiar una clave encriptada. QKD se utiliza antes de que la información clásica se transmita a través de canales de comunicación no seguros convencionales como líneas telefónicas, enlaces de RF y redes de fibra óptica. Dado que las leyes de física cuántica establecen que una sola partícula como un fotón no se puede dividir o clonar, certifica la seguridad absoluta de la comunicación.
Sin embargo, los canales de comunicación cuánticos están limitados en la Tierra. Las pérdidas del enlace de fibra óptica y la tecnología actual del detector de fotones limitan la longitud máxima del tramo sin usar la regeneración (amplificación) a 100 km, mientras que para la transmisión del espacio libre el límite es el horizonte visible [1, 2]. En principio, tales problemas están casi ausentes en el espacio y son menos graves en los enlaces tierra-espacio. De hecho, los enlaces cuánticos en espacio libre combinados con contrapartes de fibra podrían extender la comunicación segura entre puntos en la tierra a un nivel global (figura 1). Además, las aplicaciones espaciales que requieren un enlace seguro son numerosas: acceso remoto, comunicación entre estaciones terrestres distantes a través del segmento espacial, sistemas de posicionamiento (GALILEO), etc.

Varios experimentos de prueba de principio ya han sido realizados. Por ejemplo, un enlace de 144 km de espacio libre entre las dos Islas Canarias La Palma y Tenerife utilizó el telescopio receptor de 1 metro de diámetro de la ESA para recibir fotones individuales [3, 4]. También se simuló un enlace satélite a tierra entre el Matera-Laser-Ranging-Observatory (Italia) y el satélite de órbita terrestre baja (LEO) Ajisai.

En este artículo, presentamos un subsistema obligatorio para la comunicación cuántica en el espacio, un transceptor fotónico capaz de generar y detectar fotones enredados así como pulsos de láser débiles, que llamamos Transceptor Cuántico (QTxRx). El QTxRx debe cumplir especificaciones muy exigentes para aplicaciones espaciales, es decir, un tamaño total <200 x 150 x 100 mm3, una masa <3 kg y un consumo máximo de potencia total (incluidos los electrónicos) <15 W, así como todos los requisitos ambientales severos (vibración, temperatura de choque, radiación).