Ennätyksellinen kvanttisalauksen yhteys mikro‑satelliittien kautta saavutettu

Uusi aikakausi kvanttisalaukselle

Siirretyn datan salaus on yhä kasvava huolenaihe, kun yhä useammat kriittiset toiminnot riippuvat turvallisista ja suojatuista datayhteyksistä. Sotilas-, diplomaattisessa tai jopa liiketoimintadatan yhteydessä turvallisuus ei tarkoita pelkästään sitä, että kukaan ei pääse käsiksi dataan, vaan myös sitä, että voidaan tietää, yrittääkö jokin kolmas osapuoli edes salakuunnella.

Tämä on juuri se, mihin kvanttisalauksella on erityisesti tarkoitus, sillä kaikki häiriöt havaitaan automaattisesti kvanttifysiikan perussääntöjen ansiosta (katso alla).

Kuitenkin kvanttisalauksen pitkän matkan siirron hallinta on historiallisesti ollut haastavaa, mikä on rajoittanut teknologian hyödyllisyyttä.

Tämä näyttää olevan menneisyyden ongelma, sillä kiinalaiset tutkijat ovat onnistuneet luomaan 12 900 km (8 000 mailia) kvanttisatelliittiyhteyden Kiinan ja Etelä-Afrikan välillä.

Tämä saavutus toteutettiin laajan yhteistyöponnistuksen kautta, jossa olivat mukana tutkijat Hefei National Laboratoryssa, Kiinan tiedeakatemiassa, Jinan Quantum Technology Institute -laitoksessa, Beijing Electronics Science and Technology Institute -laitoksessa, Stellenbosch Universityssa (Etelä‑Afrikka), CAS Quantum Network Co. Ltd:ssä sekä Quantum CTek Co. Ltd.

Nämä tulokset julkaistiin Nature-lehdessä¹ otsikolla “Microsatellite-based real-time quantum key distribution”.

Kvanttisalauksen selitys

Kvanttisalauksella, tai quantum key distribution (QKD), ei ole kyse salauksesta, joka perustuu kvanttilaskennan kapasiteetteihin (tätä kutsuttaisiin quantum cryptography).

Kvanttisalauksen tehtävänä on luoda salausavaimia, jotka takaavat luottamuksellisuuden, käyttäen yksittäisiä fotoneja avainten siirtoon ja koodaukseen.

Tekniikan ainutlaatuisuus perustuu siihen, että yksittäisiä fotoneja ei voida siepata, kopioida tai mitata muuttamatta niiden kvanttitiloja. Tämä on täysin mahdotonta muuttaa, sillä kvanttihiukkasten tarkkailu muuttaa niiden ominaisuuksia – se on kova sääntö.

Lähde: Quside

Tämän seurauksena kahden viestinvaihtavan käyttäjän on varmaa, että kukaan ei edes yritä päästä avaimen käsiksi, saati että se onnistuisi.

Tämä tekee tekniikasta erittäin voimakkaan vaihtoehdon tärkeisiin suojattuihin datansiirtoihin, erityisesti kansallisen turvallisuuden tarkoituksiin.

Tämä ei ole uusi ajatus, sillä konsepti perustuu vuodelta 1984 tehtyyn työhön, mutta se on vasta nyt otettu käyttöön laajassa mittakaavassa. Menetelmä ei itse asiassa siirrä dataa, vaan se on pelkkä avain, jolla tavallisin keinoin lähetetty data voidaan purkaa.

(Aikaisemmat) kvanttisalauksen rajoitukset

Tähän asti kvanttisalaukselle vaadittiin erittäin monimutkainen omistettu infrastruktuuri, jossa käytettiin omia optisia kuituja.

Tämä on alue, jossa Kiina on johtava, sillä sillä on 2 000 km maallinen kuitupohjainen kvanttiverkko, joka yhdistää 32 luotettua solmua suurissa kaupungeissa, Pekinistä Shanghaihin. Tämä aikaisempi hanke toteutettiin tunnetun kvanttifysiikan professori Jian-Wei Panin ohjauksessa, joka on yksi tämän viimeisimmän kvanttisalauksen kehityksen johtajista.

Tämä lähestymistapa eroaa radikaalisti amerikkalaisesta, jossa NSA suosii vaihtoehtoisia teknologioita.

NSA pitää kvanttivastaanottokykyistä (tai post‑quantum) kryptografiaa kustannustehokkaampana ja helpommin ylläpidettävänä ratkaisuna kuin kvanttinen avainten jakelu. Kaikista näistä syistä NSA ei tue QKD:n tai QC:n käyttöä suojatakseen viestintää kansallisen turvallisuuden järjestelmissä, eikä se odota sertifioivansa tai hyväksyvänsä mitään QKD‑ tai QC‑turvallisuustuotteita NSS‑asiakkaille, ellei näitä rajoituksia ylitetä.

Kaiken kaikkiaan kvanttisalauksessa on vahva laitteistopohjaisuus ja se on joustamaton, eikä sitä voida toteuttaa ohjelmistona tai palveluna verkossa. Tämä tekee myös sen integroinnin muihin verkkoihin tai päivitykset vaikeiksi.

Kvanttisalauksen siirtäminen avaruuteen

Rakentaminen menneisiin ponnisteluihin

Tämä optisen kuituverkoston, massiivisen infrastruktuurihankkeen, rajoitus poistuu siirtymällä satelliittipohjaiseen kvanttisalaukseen.

Ensimmäinen askel oli kokeellinen asetus projektista Quantum Experiments at Space Scale (QUESS). Se sisälsi satelliitin Micius (Chinese: 墨子) yhteistyössä Wienin yliopiston kanssa.

Micius hallitsi aiemmin 7 600 km satelliittipohjaisia mannertenvälisiä kvanttiyhteyksiä laserkommunikaatioexperimentin avulla Kiinan Tiangong-2 -avaruuslaboratoriomoduulissa (kiinalainen avaruusasemassa).

Tämä oli hyvä tapa osoittaa, että konsepti on mahdollinen. Kuitenkin tämä prototyyppi ei ole vielä todistanut, että se voitaisiin toteuttaa käytännön käyttöönottoon tarvittavilla elementeillä: pienet, kevyet satelliitit, kannettavat maastotukiasemat ja reaaliaikainen turvallinen avaintenvaihto.

Etelä‑Afrikan puolta tästä tutkimuksesta johti professori Francesco Petruccione, joka kehitti yhden maailman ensimmäisistä kuituoptisista kvanttiviestintäverkoista Durbanissa, Etelä‑Afrikassa.

Lähde: Stellenbosch University

“Tämä onnistunut kvanttisatelliittiteknologian demonstraatio asettaa Etelä‑Afrikan vahvasti merkittäväksi toimijaksi nopeasti kehittyvässä globaalissa kvanttiteknologian ekosysteemissä.

Prof. Francesco Petruccione

Satelliittiviestinnän etu

Suurin etu satelliittien käytössä tällaisessa salatussa viestinnässä on, että se ei ole riippuvainen olemassa olevasta ja omistetusta optisesta kuituverkosta.

Tämä mahdollistaa järjestelmän laajan käyttöönoton sen sijaan, että se olisi rajoitettu kalliiseen ja vain kotimaiseen optiikkakuitujärjestelmään.

Lisäetu on, että tämä teknologinen saavutus toteutettiin käyttämällä vain mikro‑satelliitteja, joiden hyötykuorma on vain 23 kg (50 paunaa). Vertailun vuoksi, melko pienet Starlink‑satelliitit painavat 800 kg (1 760 paunaa) kukin.

Lähde: Reuters 

Näin ollen olisi erittäin helppoa ottaa käyttöön massiivinen konstellaatio näistä laitteista ilman monia kiertoradan laukaisuja.

Kannettava maastotukiasema painaa noin 100 kilogrammaa, mikä tekee siitä helpon kuljettaa ja asentaa missä tahansa.

Satelliittiviestinnän rajoitukset

Koska viestintä perustuu fotoneihin, se on erittäin riippuvainen sääolosuhteista. Pilviset päivät tai jopa silloin, kun satelliitti on linjassa auringon kanssa, voivat haitata prosessia.

Siksi todennäköisesti tämä ei ole teknologia, jota voitaisiin käyttää kaikissa olosuhteissa jatkuvasti. Se on silti vaikuttava saavutus. Mahdollisesti fotonien käyttö muilla, säähän vähemmän alttiilla taajuuksilla (kuten mikroaalloilla) voisi olla looginen seuraava askel toteutukseen.

Miten hyvin se toimi?

Tämän teknologian ilmastovaikutus oli yksi syy valita Stellenbosch, jonka ihanteelliset ympäristöolosuhteet – kirkkaat taivaat ja alhainen kosteus – mahdollistivat. Näissä olosuhteissa saavutettiin jopa 1,07 miljoonaa suojattua avainbittiä yhden satelliittipassin aikana.

Viestintä oli myös kaksisuuntaista, mahdollistaen turvallisen reaaliaikaisen viestinnän. Tämä on siis menestys, joka ratkaisi kaikki Micius‑prototyypin aiemmat rajoitukset, mukaan lukien satelliitin ja tukiaseman paino sekä hyödylliset reaaliaikaiset vaihdot.

Toinen asia, jonka järjestelmä osoittaa, on että se voi siirtää kertakäyttöisen salauksen (one‑time pad) kuville. Joten vaikka myöhemmin kvanttisalauksia ei voida siirtää, esimerkiksi huonon sään vuoksi, avain siirrettyä voidaan data edelleen purkaa, huolimatta 12 900 kilometrin etäisyydestä.

Sovellukset

Ensimmäiset sovellukset kohdistuvat todennäköisesti kansalliseen turvallisuuteen ja sotilaskäyttöön, sillä ne ovat merkittävimpiä murtumattomien, erittäin suojattujen salauspalvelujen kuluttajia.

Kuitenkin tämän ei tulisi olla teknologian loppupiste. Suuri satelliittikonstellaatio voisi myös siirtää salausavaimia kaupallisille kuluttajille. Tämä voi sisältää teknologiayrityksiä, rahoituslaitoksia, kryptovaluutan pörssejä jne.

Kuitenkin tämä turvallisuustaso on toistaiseksi epätodennäköistä, että suurin osa internetin käyttäjistä hyödyntäisi sitä, sillä se on edelleen hyvin tekninen ja kalliimpi kuin muut salausmenetelmät.

Kvanttisalauksen markkinoiden odotetaan kasvavan huikeat 38,3 % vuosina 2024–2030, $518 M:sta.

Lähde: Grand View Research

Kaiken kaikkiaan tämä tarkoittaa, että uusi ja kaikkialle levinnyt avaruustelekommunikaation kerros voitaisiin lisätä pian, ei laajakaistainternetiä kuten Starlink, vaan piste‑piste‑salaus, jota on mahdoton vakoilla.

Koska tämä verkko siirtää vain salausavaimen, ei varsinaista dataa, se voisi olla tehokas tapa parantaa satelliittitelekommunikaation salauksen turvallisuutta.

Seuraava askel on myös geostaattisten satelliittien testaaminen, sillä se parantaisi radikaalisti salausavainten siirtonopeutta.

Se tekisi myös pitkällä aikavälillä enemmän kaupallista järkeä, sillä kvanttisalaukselle ei tarvita äärimmäisen alhaista viivettä, joka liittyy matalaan Maan kiertorataan.

Kvanttisalauksen yritys

Arqit Quantum Inc

Arqit on “quantum‑safe symmetric key agreement” -salustuksen alustan toimittaja.

Yksinkertaisemmin sanottuna, laitteet, jotka tarjoavat salauksen, joka on turvassa kvanttilaskennan kehitykseltä.

Yrityksen tuotteet ovat yhteensopivia NSA‑standardeihin sekä moniin muihin kyberturvallisuus‑ ja kryptografian standardeihin.

Arqitin asiakkaisiin kuuluu suurin osa suurimmista kyberturvallisuus‑ ja verkkoyrityksistä, kuten Fortinet, Juniper Network, Intel, Adtran jne.

Liittyvä ohjelmisto voidaan integroida useimpien OEM (Original Equipment Manufacturer) -toimittajien kanssa ja se on pilvipohjainen.

Lähde: Arquit

Tämä teknologia on alan tunnustama johtajana salauksen laadussa, voittanut National Cyber Awards -palkinnon ja Cyber Security Software Company of the Year -palkinnon Cyber Security Awards. Se voitti myös CTO Outstanding Technology -palkinnon turvallisesta 5G‑ratkaisusta Mobile World Congress-tapahtumassa.

Huolimatta vaikuttavasta asiakas‑ ja kumppaniluettelosta sekä palkinnoista, Arqit on edelleen hyvin uusi yritys, jonka liikevaihto oli vain $293 000 vuonna 2024.

Tämä ei kuitenkaan heijasta yrityksen todellista arvoa, sillä se odottaa sopimuksia kymmenistä miljoonista hallitukselta ja yksityisiltä yrityksiltä lähitulevaisuudessa:

Suurin osa sopimuksista oli rajoitettuja lisenssejä Arqitin symmetrisen avainten sopimuksen ohjelmiston demonstraatio‑ ja integraatiotestaukseen.

Kuten aiemmin ilmoitettiin, Arqit sai monivuotisen yrityslisenssisopimuksen EMEA‑alueella hallituksen loppukäyttäjälle, jonka odotetaan tuottavan seitsemän numeron vuosittaisen toistuvan liikevaihdon yhteensä. Sopimus vahvistettiin ennen vuoden 2024 tilikauden loppua. Liikevaihdon syntymisen odotetaan alkavan nykyisen tilikauden aikana.

Samoin Sparkle lanseerasi vuonna 2024 seon “Network as a Service (NaaS) -tuotepaketti Quantum‑Safe Internetin yli”, käyttäen Arqit‑tuotteita.

Yhdessä $18,7 M kassavaran kanssa vuoden 2024 lopussa, tulevat sopimukset asettavat Arqitin pian siirtymään pre‑revenue‑aloitteen tilasta, oikeuttaen sen 9‑numeroinen arvostus.

Uusimmat tiedot Arqit Quantum Inc.

Tutkimusviite:

^{1. Li, Y., Cai, WQ., Ren, JG. et al. Mikrosatelliittipohjainen reaaliaikainen kvanttinen avainten jakelu. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08739-z}