Rekordbrydende kvantekrypteringslink gennem mikrosatellitter opnået

En ny æra for kvantekryptering

Encryption of transmitted data is an ever-growing concern as more and more critical functions are dependent on safe and secure data links. In the context of military, diplomatic, or even business data, secure does not only mean ensuring that no one accesses the data but also to be able to know if any third party is even trying to eavesdrop.

Dette er netop, hvad kvantekryptering er designet til at gøre, idet enhver interferens automatisk opdages takket være de grundlæggende regler i kvantefysikken (se nedenfor).

Dog har håndteringen af langdistancetransmission af kvantekryptering historisk set været udfordrende, hvilket har begrænset teknologiens anvendelighed.

Dette ser ud til at være et problem fra fortiden, da kinesiske forskere har formået at skabe et 12.900 km (8.000 miles) kvante‑satellitlink mellem Kina og Sydafrika.

Denne præstation blev opnået gennem en massiv samarbejdsindsats, der samlede forskere fra Hefei National Laboratory, Chinese Academy of Sciences, Jinan Institute of Quantum Technology, Beijing Electronics Science and Technology Institute, Stellenbosch University (Sydafrika), CAS Quantum Network Co. Ltd og Quantum CTek Co. Ltd.

Disse resultater blev offentliggjort i Nature¹ under titlen “Mikrosatellit-baseret realtids kvante‑nøgledistribution”.

Kvantekryptering forklaret

Kvantekryptering, eller kvante‑nøgledistribution (QKD), er ikke en kryptering, der bygger på kvantecomputingkapaciteter (det ville blive kaldt kvantekryptografi).

Det, kvantekryptering gør, er at generere krypteringsnøgler for at sikre fortrolighed, ved at bruge enkeltfotoner til at overføre og kode nøglerne.

Det, der gør teknikken unik, er, at enkeltfotoner ikke kan aflyttes, kopieres eller måles uden at ændre deres kvantetilstande. Det er absolut umuligt at ændre, da en hård regel er, at observation af kvantepartikler fører til, at deres egenskaber ændres.

Kilde: Quside

Som et resultat er det sikkert for de to kommunikerende brugere at være sikre på, at ingen overhovedet forsøger at få adgang til nøglen, og endnu mindre at lykkes med det.

Dette gør teknikken til en meget kraftfuld mulighed for vigtige sikre datatransmissioner, især til nationale sikkerhedsformål.

Dette er ikke en ny idé, da konceptet er baseret på arbejde fra 1984, men det er først nu, det implementeres i stor skala. Metoden overfører faktisk ikke data, men er kun nøglen til at dekryptere data, der overføres gennem almindelige metoder.

(Tidligere) begrænsninger for kvantekryptering

Indtil nu krævede kvantekryptering et meget omfattende sæt af dedikeret infrastruktur, med dedikerede optiske fibre.

Dette er et område, hvor Kina er førende, med et 2.000 km terrestrisk fiberbaseret kvantenetværk, der forbinder 32 betroede noder på tværs af store byer, fra Beijing til Shanghai. Dette tidligere projekt blev udført under vejledning af den anerkendte kvantefysiker Prof. Jian-Wei Pan, en af lederne af denne seneste udvikling inden for kvantekryptering.

Denne tilgang adskiller sig radikalt fra den amerikanske, hvor NSA foretrækker alternative teknologier.

NSA ser kvante‑resistent (eller post‑kvante) kryptografi som en mere omkostningseffektiv og let vedligeholdt løsning end kvante‑nøgledistribution. Af alle disse grunde understøtter NSA ikke brugen af QKD eller QC til at beskytte kommunikation i National Security Systems og forventer ikke at certificere eller godkende nogen QKD‑ eller QC‑sikkerhedsprodukter til brug af NSS‑kunder, medmindre disse begrænsninger overvindes.

Generelt er kvantekryptering stærkt hardwarebaseret og ufleksibel, og kan ikke implementeres i software eller som en tjeneste på et netværk. Dette gør også integrationen i andre netværk eller opgraderinger vanskelig.

Flytning af kvantekryptering til rummet

Bygning på tidligere indsats

Dette begrænsning, der er knyttet til optisk fibernetværk, et enormt infrastrukturprojekt, løftes ved i stedet at gå over til satellitbaseret kvantekryptering.

Det første skridt var et eksperimentelt setup fra projektet Quantum Experiments at Space Scale (QUESS). Det inkluderede satellitten Micius (kinesisk: 墨子) i samarbejde med Universitetet i Wien.

Micius har tidligere håndteret 7.600 km af satellitbaserede interkontinentale kvanteforbindelser, med assistance fra et laserkommunikationseksperiment på den kinesiske Tiangong-2 rumlaboratoriemodul (den kinesiske rumstation).

Dette var en god måde at demonstrere, at konceptet overhovedet var muligt. Dog har denne prototype endnu ikke bevist, at det kan udføres med de elementer, der er nødvendige for en praktisk implementering: små, letvægts satellitter, bærbare jordstationer og realtids sikker nøgleudveksling.

Den sydafrikanske side af denne undersøgelse blev ledet af Prof. Francesco Petruccione, som udviklede et af verdens første fiberoptiske kvantekommunikationsnetværk i Durban, Sydafrika.

Kilde: Stellenbosch University

“Denne vellykkede demonstration af kvante‑satellitteknologi placerer Sydafrika solidt som en betydningsfuld aktør i det hurtigt udviklende globale kvanteteknologiske økosystem.

Prof. Francesco Petruccione

Fordelen ved satellitkommunikation

Den største fordel ved at bruge satellitter til denne form for krypteret kommunikation er, at den ikke er afhængig af et eksisterende og dedikeret optisk fibernetværk.

Dette gør det muligt at udrulle systemet bredt i stedet for kun at være begrænset til et dyrt og kun indenlandsk system af optiske fibre.

En ekstra bonus er, at denne teknologiske præstation blev opnået ved kun at bruge mikrosatellitter med en nyttelast på kun 23 kg (50 pund). Til sammenligning vejer de relativt små Starlink‑satellitter 800 kg (1.760 pund) hver.

Kilde: Reuters 

Således ville det være meget nemt at udsende en massiv konstellation af disse enheder uden mange orbitalt løft.

Den bærbare jordstation vejer omkring 100 kilogram, hvilket gør den let at transportere og implementere hvor som helst.

Begrænsninger ved satellitkommunikation

Da kommunikationen er afhængig af fotoner, er den stærkt afhængig af vejrforhold. Skyede dage, eller selv når satellitten er justeret med solen, kan hindre processen.

Så sandsynligvis er dette ikke en teknologi, der kan bruges under alle forhold hele tiden. Det er dog en imponerende præstation. Og potentielt kunne brugen af fotoner i andre frekvenser, der er mindre påvirket af vejret (som mikrobølger), være et logisk næste skridt at implementere.

Hvor godt virkede det?

Klimaeffekten af denne teknologi var en af grundene til at vælge Stellenbosch, med sine ideelle miljøforhold med klare himmel og lav luftfugtighed. Under disse forhold blev deling af op til 1,07 millioner bits af sikre nøgler opnået under en enkelt satellitpas.

Kommunikationen var også tovejs, hvilket muliggør sikker kommunikation i realtid. Så dette er en succes, der løste alle de tidligere begrænsninger i Micius‑prototypen, inklusive satellittens vægt og jordstationens brugbare realtidsudvekslinger.

En anden ting systemet demonstrerer, er at det kan overføre engangspads‑kryptering af billeder. Så selv hvis kvantekryptering på et senere tidspunkt ikke kan overføres, f.eks. på grund af dårligt vejr, kan data stadig dekrypteres, så snart nøglen er overført, på trods af afstanden på 12.900 kilometer.

Anvendelser

De første anvendelser vil sandsynligvis være inden for national sikkerhed og militære anvendelser, da disse er de førende forbrugere af ubrydelige, højt sikrede krypteringstjenester.

Dette bør dog ikke være slutpunktet for denne teknologi. En stor konstellation af satellitter kunne også udføre overførsel af krypteringsnøgler til kommercielle brugere. Dette kan omfatte teknologivirksomheder, finansielle firmaer, kryptobørser osv.

Dette sikkerhedsniveau er dog for nuværende usandsynligt at blive brugt af de fleste internetbrugere, da det stadig vil være meget teknisk og dyrere end andre krypteringsmetoder.

Markedet for kvantekryptering forventes at vokse med en forbløffende 38,3 % fra 2024 til 2030, fra 518 millioner dollars.

Kilde: Grand View Research

Samlet set betyder dette, at et nyt og allestedsnærværende lag af rumtelekommunikation snart kan tilføjes, ikke som bredbåndsinternet som Starlink, men som punkt‑til‑punkt, umulig at spionere på, sikker kryptering.

Da dette netværk kun overfører krypteringsnøglen, ikke faktiske data, kan det være en kraftfuld måde at forbedre sikkerheden i kryptering af satellittelekommunikation.

Det næste skridt vil også være at teste geostationære satellitter, da dette radikalt vil forbedre overførselshastigheden for krypteringsnøgler.

Det vil også give mere mening på lang sigt for et kommercielt system, da ultra‑lav latency knyttet til lav jordbane ikke er så påkrævet for kvantekryptering.

Kvantekrypteringsvirksomhed

Arqit er en leverandør af en “kvante‑sikker symmetrisk nøgleaftale krypteringsplatform”.

I enklere termer er det enheder, der leverer kryptering, der er sikker mod fremskridt inden for kvantecomputing.

Virksomhedens produkter er i overensstemmelse med NSA‑standarder samt mange andre cybersikkerheds‑ og kryptografiske standarder.

Arqits kunder omfatter de fleste af de største cybersikkerheds‑ og netværksvirksomheder, herunder Fortinet (FTNT ), Juniper Network, Intel (INTC ), Adtran osv.

Den tilhørende software kan integreres med de fleste OEM (Original Equipment Manufacturer) leverandører og er cloud‑baseret.

Kilde: Arquit

Denne teknologi er anerkendt i branchen som en førende inden for krypteringskvalitet, idet den har vundet National Cyber Awards og Cyber Security Software Company of the Year Award ved Cyber Security Awards. Den vandt også CTO Outstanding Technology Award for sikker 5G‑løsning ved Mobile World Congress.

På trods af en imponerende liste af kunder, partnere og priser er Arqit stadig en meget ny virksomhed med kun 293.000 $ i omsætning i 2024.

Dette afspejler dog ikke virksomhedens sande værdi, da den forventer kontrakter i størrelsesordenen titusinder af millioner fra regering og private virksomheder i den nærmeste fremtid:

De fleste kontrakter var begrænsede licenser til demonstration og integrationstest af Arqits symmetriske nøgleaftalesoftware.

Som tidligere annonceret blev Arqit tildelt en flerårig enterprise‑licenskontrakt i EMEA‑regionen for en regeringsslutbruger, som forventes at resultere i syvcifrede årlige tilbagevendende indtægter i alt. Før udgangen af regnskabsåret 2024 blev kontrakten færdiggjort. Indtægtsgenerering forventes at starte i den aktuelle regnskabsperiode.

Tilsvarende lancerede Sparkle i 2024 sin “Network as a Service (NaaS) Product Suite with Quantum‑Safe over Internet”, ved brug af Arqit‑produkter.

Sammen med en likviditetsposition på 18,7 M$ ved udgangen af 2024, placerer de kommende kontrakter Arqit i en position til snart at udvikle sig fra sin status som en pre‑omsætnings‑startup, hvilket retfærdiggør dens 9‑cifrede værdiansættelse.

Seneste nyt om Arqit Quantum Inc.

Studierreferencer:

^{1. Li, Y., Cai, WQ., Ren, JG. et al. Mikrosatellit-baseret realtids kvante-nøgledistribution. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08739-z}