الحوسبة
تحقيق رابط تشفير كم قياسي عبر الأقمار الصغرى
عصر جديد لتشفير الكم
تُعدّ تشفير البيانات المرسلة مصدر قلق متزايد باستمرار مع اعتماد المزيد والمزيد من الوظائف الحيوية على روابط بيانات آمنة ومأمونة. في سياق البيانات العسكرية أو الدبلوماسية أو حتى التجارية، لا يعني الأمان مجرد منع أي شخص من الوصول إلى البيانات فحسب، بل يعني أيضًا القدرة على معرفة ما إذا كان أي طرف ثالث يحاول التجسس.
هذا هو ما صُمم تشفير الكم للقيام به تحديدًا، حيث يتم اكتشاف أي تدخل تلقائيًا بفضل القواعد الأساسية لفيزياء الكم (انظر أدناه).
ومع ذلك، كان إدارة نقل تشفير الكم على مسافات طويلة تاريخيًا تحديًا، مما حد من فائدة التقنية.
يبدو أن هذه المشكلة أصبحت من الماضي، حيث نجح باحثون صينيون في إنشاء رابط قمر صناعي كمّي بطول 12,900 كلم (8,000 ميل) بين الصين وجنوب أفريقيا.
تحقق هذا الإنجاز من خلال جهد تعاوني ضخم جمع بين باحثين في مختبر خفي الوطني، الأكاديمية الصينية للعلوم، معهد جينان لتقنية الكم، معهد بكين للعلوم والتكنولوجيا الإلكترونية، جامعة ستيلنسبوش (جنوب أفريقيا)، شركة شبكة الكم الصينية المحدودة، وQuantum CTek Co. Ltd.
نُشرت هذه النتائج في مجلة Nature1 تحت عنوان “Microsatellite-based real-time quantum key distribution”.
شرح تشفير الكم
تشفير الكم، أو توزيع المفتاح الكمومي (QKD)، ليس تشفيرًا يعتمد على قدرات الحوسبة الكمومية (هذا يُطلق عليه التشفير الكمومي).
ما يفعله تشفير الكم هو توليد مفاتيح تشفير لتوفير السرية، باستخدام فوتونات فردية لنقل وتشفير المفاتيح.
ما يجعل التقنية فريدة هو أن الفوتونات الفردية لا يمكن اعتراضها أو نسخها أو قياسها دون تغيير حالاتهم الكمومية. هذا أمر مستحيل تمامًا تغييره، إذ إن ملاحظة الجسيمات الكمومية تؤدي حتمًا إلى تغيير خصائصها.
المصدر: Quside
وبالتالي، يمكن للمستخدمين المتواصلين التأكد من عدم محاولة أي شخص الوصول إلى المفتاح، ناهيك عن عدم تمكنه من فعل ذلك.
هذا يجعل التقنية خيارًا قويًا جدًا لنقل البيانات الحساسة بأمان، خاصة لأغراض الأمن القومي.
هذه ليست فكرة جديدة، إذ إن المفهوم يستند إلى أعمال من عام 1984، لكنه الآن يُطبق على نطاق واسع. لا تنقل الطريقة البيانات نفسها، بل تنقل المفتاح فقط لتشفير البيانات المرسلة بالوسائل التقليدية.
(السابقة) حدود تشفير الكم
حتى الآن، كان تشفير الكم يتطلب مجموعة معقدة جدًا من البنية التحتية المخصصة، مع ألياف بصرية مخصصة.
هذا مجال تتصدّر فيه الصين، حيث تمتلك شبكة ألياف بصرية كمومية بطول 2,000 كلم تربط 32 عقدة موثوقة عبر المدن الكبرى، من بكين إلى شنغهاي. أُجري هذا المشروع السابق تحت إشراف الفيزيائي الكمومي الشهير البروفيسور جيان-وي بان، أحد قادة هذا التطور الأخير في تشفير الكم.
هذا النهج يختلف جذريًا عن النهج الأمريكي، حيث تفضّل وكالة الأمن القومي (NSA) تقنيات بديلة.
بشكل عام، يُعتمد تشفير الكم بشكل كبير على الأجهزة ولا يمكن تنفيذه كبرمجيات أو كخدمة على شبكة. وهذا يجعل دمجه في شبكات أخرى أو ترقياته صعبًا.
نقل تشفير الكم إلى الفضاء
البناء على الجهود السابقة
يتم الآن رفع هذا القيد المتعلق بشبكة الألياف البصرية، وهو مشروع بنية تحتية ضخم، عبر الانتقال إلى تشفير كمّي قائم على الأقمار الصناعية.
كانت الخطوة الأولى إعدادًا تجريبيًا من مشروع تجارب الكم على نطاق الفضاء (QUESS). وشمل القمر الصناعي ميسيوس (الصيني: 墨子)، بالتعاون مع جامعة فيينا.
كان ميسيوس قد أدار سابقًا روابط كمّية قمرية قارية بطول 7,600 كلم، بمساعدة تجربة اتصالات ليزرية على وحدة مختبر الفضاء الصينية تيانغونغ-2 (محطة الفضاء الصينية).
كان هذا وسيلة جيدة لإثبات أن المفهوم ممكن التنفيذ. ومع ذلك، لم يثبت هذا النموذج الأولي بعد أنه يمكن تحقيقه باستخدام العناصر اللازمة للنشر العملي: أقمار صناعية صغيرة وخفيفة الوزن، محطات أرضية محمولة، وتبادل مفاتيح آمن في الوقت الحقيقي.
قاد الجانب الجنوب أفريقي من هذه الدراسة البروفيسور فرانشيسكو بيتروتشيني، الذي طور أحد أولى شبكات الاتصالات الكمومية بالألياف الضوئية في ديربان، جنوب أفريقيا.
المصدر: جامعة ستيلنسبوش
“هذا العرض الناجح لتقنية الأقمار الصناعية الكمومية يضع جنوب أفريقيا بوضوح كلاعبًا مهمًا في نظام التكنولوجيا الكمومية العالمي سريع التطور.
البروفيسور فرانشيسكو بيتروتشيني
ميزة اتصالات الأقمار الصناعية
أكبر ميزة لاستخدام الأقمار الصناعية لهذا النوع من الاتصالات المشفرة هي أنها لا تعتمد على شبكة ألياف بصرية مسبقة ومخصصة.
هذا يسمح بنشر النظام على نطاق واسع بدلاً من أن يقتصر على نظام ألياف بصرية مكلف ومحدود جغرافيًا.
إضافة إلى ذلك، تم تحقيق هذا الإنجاز التقني باستخدام أقمار صناعية صغيرة بحمولة لا تتجاوز 23 كغ (50 رطل). للمقارنة، تزن أقمار ستارلينك الصغيرة حوالي 800 كغ (1,760 رطل) لكل منها.
المصدر: رويترز
وبالتالي، سيكون من السهل جدًا نشر مجموعة ضخمة من هذه الأجهزة دون الحاجة إلى العديد من الإطلاقات المدارية.
تزن محطة الأرض المحمولة حوالي 100 كغ، مما يجعل نقلها وتنفيذها في أي مكان أمرًا سهلًا.
قيود اتصالات الأقمار الصناعية
نظرًا لأن الاتصال يعتمد على الفوتونات، فهو حساس جدًا لظروف الطقس. الأيام الغائمة، أو حتى عندما يكون القمر الصناعي محاذيًا للشمس، يمكن أن تعيق العملية.
لذلك، من المحتمل أن هذه التقنية لا يمكن استخدامها في جميع الظروف طوال الوقت. ومع ذلك، يظل الإنجاز مثيرًا للإعجاب. وربما يكون الانتقال إلى استخدام الفوتونات في ترددات أقل تأثرًا بالطقس (مثل الموجات الدقيقة) خطوة منطقية تالية.
ما مدى نجاحه؟
كان أحد أسباب اختيار ستيلنسبوش هو تأثيره المناخي الإيجابي، بفضل ظروفه البيئية المثالية من سماء صافية ورطوبة منخفضة. في هذه الظروف، تم مشاركة ما يصل إلى 1.07 مليون بت من المفاتيح الآمنة خلال مرور قمر صناعي واحد.
كان الاتصال ثنائي الاتجاه أيضًا، مما سمح بالاتصال الآمن في الوقت الحقيقي. لذا فإن هذا نجاح حل جميع القيود السابقة لنموذج ميسيوس، بما في ذلك وزن القمر الصناعي والمحطة وإمكانية تبادل المفاتيح في الوقت الفعلي.
أظهر النظام أيضًا أنه يمكنه نقل تشفير “المفاتيح ذات الاستخدام الواحد” للصور. لذا حتى إذا تعذر نقل تشفير الكم في وقت لاحق بسبب طقس سيء، بمجرد نقل المفتاح يمكن فك تشفير البيانات رغم المسافة التي تبلغ 12,900 كلم.
التطبيقات
من المحتمل أن تكون التطبيقات الأولى للأمن القومي والعمليات العسكرية، حيث إن هؤلاء هم المستهلكون الرئيسيون لخدمات التشفير غير القابلة للاختراق وعالية الأمان.
ومع ذلك، لا ينبغي أن تكون هذه التقنية هي النهاية. يمكن لكوكبة ضخمة من الأقمار الصناعية نقل مفاتيح التشفير للمستهلكين التجاريين أيضًا. وهذا يشمل شركات التقنية، والمؤسسات المالية، ومنصات تبادل العملات المشفرة، وغيرها.
ومع ذلك، من غير المرجح أن يستخدم معظم مستخدمي الإنترنت هذه الدرجة من الأمان في الوقت الحالي، لأنها ستظل تقنية معقدة وأكثر تكلفة من طرق التشفير الأخرى.
من المتوقع أن ينمو سوق تشفير الكم بنسبة مذهلة تبلغ 38.3% بين عامي 2024 و2030، من 518 مليون دولار.
المصدر: Grand View Research
بشكل عام، يعني هذا أن طبقة جديدة وشاملة من الاتصالات الفضائية قد تُضاف قريبًا، ليست مثل الإنترنت عريض النطاق مثل ستارلينك، بل اتصال نقطة إلى نقطة، تشفير غير قابل للتجسس.
نظرًا لأن هذه الشبكة تنقل مفتاح التشفير فقط، وليس البيانات الفعلية، يمكن أن تكون وسيلة قوية لتحسين أمان تشفير الاتصالات الفضائية.
ستكون الخطوة التالية اختبار الأقمار الصناعية الجغرافية الثابتة، حيث سيحسن ذلك بشكل جذري معدل نقل مفاتيح التشفير.
كما سيكون من المنطقي على المدى الطويل لنظام تجاري، حيث أن الكمون الفائق المنخفض المرتبط بالمدار الأرضي المنخفض ليس ضروريًا لتشفير الكم.
شركة تشفير الكم
Arqit Quantum Inc
(ARQQ )
Arqit هي مزود لمنصة “تشفير اتفاقية المفتاح المتماثل الآمن للكم”.
بعبارات أبسط، هي أجهزة توفر تشفيرًا آمنًا من تقدم الحوسبة الكمومية.
منتجات الشركة متوافقة مع معايير وكالة الأمن القومي، وكذلك العديد من معايير الأمن السيبراني والتشفير الأخرى.
تشمل عملاء Arqit معظم أكبر شركات الأمن السيبراني والشبكات، بما في ذلك Fortinet، Juniper Network، Intel، Adtran، وغيرها.
يمكن دمج البرنامج المرتبط مع معظم موردي المعدات الأصلية (OEM) وهو قائم على السحابة.
المصدر: Arqit
تُعترف هذه التقنية في الصناعة كقائدة في جودة التشفير، حيث فازت بجائزة National Cyber Awards وجائزة شركة البرمجيات الأمنية للعام في Cyber Security Awards. كما فازت بجائزة CTO Outstanding Technology لتقنية 5G الآمنة في Mobile World Congress.
على الرغم من قائمة العملاء والشركاء والجوائز المثيرة للإعجاب، لا تزال Arqit شركة جديدة جدًا، حيث بلغت إيراداتها 293,000 دولار فقط في عام 2024.
هذا لا يعكس القيمة الحقيقية للشركة، إذ تتوقع عقودًا بملايين الدولارات من الحكومات والشركات الخاصة في المستقبل القريب:
وبالمثل، أطلقت شركة Sparkle في عام 2024 منتج “شبكة كخدمة (NaaS) مع أمان كمومي عبر الإنترنت”، باستخدام منتجات Arqit.
مع وجود سيولة نقدية قدرها 18.7 مليون دولار في نهاية عام 2024، تضع العقود القادمة Arqit في موقع يمكنها من التطور قريبًا من حالة شركة ناشئة قبل تحقيق إيرادات، مما يبرر تقييمها ذو التسعة أرقام.
آخر المستجدات حول Arqit Quantum Inc.
مرجع الدراسة:
1. Li, Y., Cai, WQ., Ren, JG. et al. Microsatellite-based real-time quantum key distribution. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08739-z
